CC BY
4ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 621.9.047
АКТИВАЦИЯ АНОДНОГО РАСТВОРЕНИЯ АМОРФНЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ НЕПРЕРЫВНЫМ
ОБНОВЛЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТИ1
Х.М. РАХИМЯНОВ, доктор техн. наук, профессор, К.Х. РАХИМЯНОВ, канд. техн. наук, Н.П. ГААР, аспирант, НГТУ, г Новосибирск
Рахимянов Х. М. - 630092, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: kharis51@mail.ru
В статье рассмотрены исследования особенностей анодного растворения аморфного 82К3ХСР и нанокри-сталлического 5БДСР сплавов в растворе 10 %-го NaNO3 в воде. Определено влияние режимов электроалмазного шлифования (скорости резания, давления круга, временя обработки) на производительность и качество обработки. Установлены области значений режимных параметров процесса электроалмазной обработки, обеспечивающих протекание процесса. Установлены критические значения давлений для данных материалов, превышение которых ведет к хрупкому разрушению обрабатываемых материалов.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
The article describes the characteristics ofthe study 82K3HSR anodic dissolution of amorphous and nanocrystalline alloys 5BDSR in a solution of 10%NaNO3 in water. The effect of regimes electrolytic grinding (cutting speed, pressure range, the processing time) on the productivity and quality of processing. The areas of the values of the operational parameters of the process electrolytic grinding processing, providing the percolation process. We establish the critical values of pressure for these materials, the excess of which leads to brittle fracture of the materials.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЭЛЕКТРОАЛМАЗНАЯ ОБРАБОТКА, АМОРФНЫЙ СПЛАВ, НАНОКРИСТАЛ-ЛИЧЕСКИЙ СПЛАВ, ДАВЛЕНИЕ, СКОРОСТЬ РЕЗАНИЯ, ВРЕМЯ ОБРАБОТКИ, ПЛОТНОСТЬ ТОКА.
Как известно [1], в процессе электрохимической обработки на поверхности обрабатываемой детали - анода образуется окисная пленка, появление которой приводит к снижению плотности тока и, как следствие, уменьшению производительности обработки. Повышения производительности обработки можно достичь путем непрерывного удаления пассивирующей окисной пленки. Практически это можно осуществить, используя метод непрерывного обновления поверхности анода, фактически моделирующий реальный процесс электроалмазного шлифования, в котором имеют место и анодное растворение обрабатываемого материала, и гидродинамика течения электролита, а также непрерывное удаление с обрабатываемой поверхности пасси-
вирующей окисной пленки алмазными зернами круга, являющегося катодом.
Проведенные исследования особенностей анодного растворения аморфного 82К3ХСР и нанокристаллического 5БДСР сплавов в 10 %-м №К03 в воде показали наличие диффузионных ограничений и пассивации поверхности в процессе электрохимического растворения, что приводит к уменьшению плотности тока, а следовательно, скорости анодного растворения. Применение движущегося электролита в процессе растворения приводит к повышению плотности тока за счет снятия диффузионных ограничений, однако пассивацию поверхности не исключает. Для устранения этого явления необходимо производить депассивацию, т.е. непрерывное удале -
Исследования проведены при финансовой поддержке в рамках выполнения аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» (АВЦП 1.2.2/4066)
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
6 ■
4 ■
1 3 у*
4
5 2 /л
[
О 2 4 б 1р. В
Рис. 1. Вольт-амперная зависимость анодного растворения сплава 82К3ХСР в растворе 10 % КаК03 в воде от скорости вращения катода при давлении Р = 1,85 Н/см2
ние окисной пленки с поверхности анода, образующейся в процессе электрохимического растворения. Осуществить депассивацию возможно в условиях электроалмазного шлифования, сочетающего в себе анодное растворение материала и механическое воздействие, направленное на удаление продуктов растворения. Для выявления особенностей процесса обновления поверхности анода необходимо исследовать такие факторы процесса, как скорость резания и давление обрабатываемой детали на алмазный круг.
Исследование влияния скорости резания как фактора, определяющего скорость удаления пассивирующей пленки с поверхности сплава 82К3ХСР, показало, что при вращении алмазного круга со скоростью 19 м/с плотность тока достигает максимального значения 7,5 А/см (рис. 1, 2). Давление образца на круг минимально и составляет 1,85 Н/см2. Дальнейшее увеличение скорости вращения свыше 19 м/с приводит к снижению плотности тока, что вероятно связано с тем, что электролит не успевает проникать в достаточном количестве
Рис. 2. Влияние скорости резания на величину плотности тока при электроалмазном шлифовании аморфного сплава 82К3ХСР в воде 1 - ф = 4 В; 2 - ф = 6 В; 3 - ф = 8 В
4 л /^//И
5
Л //
и г 4 г> |р. в
Рис. 3. Вольт-амперная зависимость процесса электроалмазного шлифования аморфного сплава 82К3ХСР в 10 %-м КаШ3 в воде при и = 19 м/с: 1 - 3,80 Н/см2; 2 - 5,55 Н/см2; 3 - 9,25 Н/см2;
4 - 14,79 Н/см2; 5 - 18,49 Н/см2
в зону обработки. Необходимо отметить, что максимальное значение плотности тока достигается при значении потенциала ф = 8 В.
Анализ особенностей влияния другого обновляющего фактора - давления исследуемого образца на алмазный круг показывает на то, что при увеличении давления происходит рост плотности тока (рис. 3). Так, увеличение давления до 14,79 Н/см2 при потенциале ф = 8 В приводит к повышению плотности тока до 19,5 А/см2, а следовательно, и скорости анодного растворения. Это связано с тем, что повышение давления способствует внедрению алмазного зерна на большую глубину в поверхность обрабатываемой детали, тем самым уменьшая величину межэлектродного зазора. Это приводит к снижению омического сопротивления в зазоре, вследствие чего происходит повышение плотности тока. Дальнейшее увеличение давления также способствует росту скорости анодного растворения, однако следует отметить, что при этом происходит ухудшение качества исследуемой поверхности. При значениях давления свыше 18 Н/см на обрабатываемой поверхности наблюдаются вы-рывы элементов материала, обусловленные его хрупким разрушением (рис. 4). Величина давления имеет критическое значение (рис. 5), превышение которого, по всей видимости, приводит к нарушению электрохимического процесса растворения и появлению элементов электроэрозионного процесса, что приводит к прекращению роста плотности тока с увеличением давления и даже его последующему уменьшению. Следует отметить, что определяющим параметром электроалмазного шлифования является время
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Рис. 6. Влияние продолжительности обработки на величину плотности тока при электроалмазном шлифовании аморфного сплава 82К3ХСР в 10 %-м №К03 в воде: Р = 14,79 Н/см2; и = 19 м/с; ф = 8 В
Рис. 4. Аморфный сплав 82К3ХСР после электроалмазного шлифования в 10 %-м КаК03 в воде: и = 19 м/с; Р = 18,49 Н/см2
обработки. На рис. 6 представлена зависимость плотности тока от времени при соответствующих режимах обработки.
Экспериментальные исследования, направленные на установление зависимостей анодного растворения нанокристаллического сплава 5 БДСР в водном растворе 10 %-го КаК03 от факторов, обеспечивающих обновление анодной поверхности, проводились при варьировании скоростью резания и давлением исследуемой поверхности образца на алмазный круг. Установлено, что максимальная плотность тока, как и для аморфного сплава 82К3ХСР, достигается при значении потенциала ф = 8 В и вращении катода - инструмента со скоростью 19 м/с (рис. 7, 8) при минималь-
ном давлении, необходимом для соприкосновения исследуемого образца с алмазным кругом, величиной 2,1 Н/см2. При увеличении скорости вращения катода свыше 19 м/с наблюдается резкое снижение плотности тока, что вероятно связано с недостаточным поступлением реагирующих веществ в зону обработки.
А'СМ:
I -
4 2 / /
5
I) 2 4 б ф. В
Рис. 7. Вольт-амперная зависимость анодного растворения сплава 5 БДСР в растворе 10 %-го №К03 в воде от скорости вращения катода при давлении Р = 2,1 Н/см2: 1 - и = 13,5 м/с; 2 - и = 16,25 м/с; 3 - и = 19 м/с; 4 - и = 21,75 м/с; 5 - и = 24,5 м/с
Рис. 5. Влияние давления алмазного круга на величину плотности тока при электроалмазном шлифовании аморфного сплава 82К3ХСР в 10 %-м КаЫ03 в воде: ф = 8 В; и = 19 м/с
Рис. 8. Влияние скорости резания на величину плотности тока при электроалмазном шлифовании нанокристаллического сплава 5БДСР в 10 %-м КаК03 в воде при давлении Р = 2,1 Н/см :
1 - ф = 4 В; 2 - ф = 6 В; 3 - ф = 8 В
ТЕХНОЛОГИЯ
Рис. 9. Влияние давления алмазного круга на величину плотности тока при электроалмазном шлифовании нанокристаллического сплава 5 БДСР в 10 %-м КаЫ03 в воде: ф = 8 В; и = 19 м/с
На рис. 9 показано влияние давления на величину плотности тока при обработке нанокристаллического сплава 5БДСР. При увеличении нагрузки до значения Р = 60,0 Н/см2 происходит непрерывный рост плотности тока. Однако при давлении свыше 23 Н/см2 на обработанной поверхности наблюдаются следы хрупкого разрушения обрабатываемого материала аналогично представленным на рис. 4. Сравнивая критические значения давлений, приводящих к хрупкому разрушению обрабатываемого материала, можно отметить, что при обработке аморфного сплава 82К3ХСР оно составляет 18 Н/см2, а при обработке нанокристаллического сплава 5БДСР -23 Н/см . Вероятно, это связано с более высокой твердостью и повышенной хрупкостью аморфного сплава. Увеличение давления до значений 30.. .35 Н/см2 приводит к расслоению изделия по связке (рис. 10). Однако при соответствующей схеме закрепления обрабатываемого образца, т.е. с применением внешнего бандажа, используемого при промышленной обработке изделий из этих материалов, возможно применение давления до 60,0 Н/см без расслоения изделия. На рис. 11 представлена зависимость объема удаленного материала от величины давления, которое достигает 2300 мм за 10 с работы. Превышение критического значения давления приводит к понижению плотности тока, что вероятно связано с недостаточным количеством электролита в межэлектродном зазоре, или нарушением сплошности тонкой пленки электролита, обусловленное наличием пузырьков воздуха, вносимых впадинами между алмазными зернами.
Таким образом, при анодном растворении аморфного 82К3ХСР и нанокристаллического 5БДСР сплавов в условиях непрерывного обнов-
Рис. 10. Нанокристаллический сплав 5БДСР после электроалмазного шлифования в 10 %-м №К03 в воде:
и = 19 м/с; Р = 34,09 Н/см2
ления поверхности анода алмазным кругом происходит повышение плотности тока от 1,3 до 2,8 раза по сравнению с растворением в стационарных условиях и от 4,29 до 5,0 раз по сравнению с растворением в условиях движущегося электролита методом вращающегося дискового электрода при использовании в качестве обновляющих параметров: Р = 1,85 Н/см2 (82К3ХСР); Р = 2,1 Н/
см2 (5БДСР) и и = 19 м/с.
Рис. 11. Зависимость объема удаленного материала в процессе электроалмазного шлифования нанокристаллического сплава 5БДСР в 10 %-м №К03 в воде от давления при фиксированном
времени обработки: ф = 19 м/с; и = 8 В Литература
Семко М. Ф. Алмазное шлифование синтетических сверхтвердых материалов / М.Ф. Семко, А.И. Грабченко, М.Г. Ходоревский. - Харьков : Вища школа, 1980. - 192 с.
