Исследование наношероховатости деталей из 1Х18Н10Т после электрохимической обработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ЭЛЕКТРО- И НАНОТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9.047

ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОШЕРОХОВАТОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ 1Х18Н10Т ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Нгуен Тхи Хонг

Проведено исследование наношероховатости поверхности нержавеющей стали Х18Н10Т после различных режимов электрохимической обработки с помощью сканирующего зондового микроскопа.

Ключевые слова: качество поверхности, электрохимическая обработка, наноуровень, наношероховатость.

Введение. Качество поверхности, в том числе шероховатость поверхности, непосредственно влияет на технические и эксплуатационные свойства деталей, узлов и изделий в целом. Шероховатость поверхности металлов при ЭХО шероховатость поверхности металлов зависит от структуры материала заготовки, от состава, температуры, концентрации, скорости прокачки электролита, электрических параметров режима обработки

[1]. Раннее исследование шероховатости поверхности металлов и их сплавов после электрохимической обработки выполнено, но в основном, только на макро- и микроуровне, а на наноуровне еще не достаточно исследовано.

Постановка задачи исследования. Данная работа посвящена изучению шероховатости нержавеющей стали типа Х18Н10Т после электрохимической обработки на наноуровне с помощью сканирующего зондово-го микроскопа.

Методика проведения исследования. В качестве объектов исследования используются образцы из легированной нержавеющей стали типа Х18Н10Т до и после электрохимической обработки.

Геометрические измерения проводились с помощью сканирующего зондового микроскопа Solver PRO в контактном атомно - силовом режиме

[2].

Для изучения наношероховатости поверхности нержавеющей стали типа Х18Н10Т исследования проводились в следующей последовательности:

Подготовка поверхности образца.

Сканирование поверхности до обработки (максимальный размер сканирующего участка 20х20 мкм).

Проведение электрохимической обработки при различных условиях.

Сканирование поверхности после обработки (максимальный размер сканирующего участка 20х20 мкм).

Анализы полученных результатов.

Результаты и Обсуждения. В соответствие с предложенной методикой процесс электрохимической обработки осуществляется на малом межэлектродном зазоре s = 600 мкм, в водном растворе NaCl 10% и при различных плотностях тока.

На рис. 1. представлены СЗМ-изображения поверхности нержавеющей стали типа Х18Н10Т до обработки. С помощи программы Nova получились среднее арифметическое отклонение профиля Ra = 123 нм и высота неровностей профиля по десяти точкам Rz = 272 нм.

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

(аГ (б)

Рис. 1. Сканируемая поверхность нержавеющей стали типа Х18Н10Т

до электрохимической обработки: а - 2-0 изображение; б - 3-0 изображение

В результате экспериментов получены следующие данные. На рис. 2 и 3 представлены СЗМ-изображения и гистограмма распределения точек профиля по высотам поверхности нержавеющей стали типа Х18Н10Т после ЭХО в водном растворе №С1 10% с плотностью тока у = 7,07 А/см . При выборе размера скала 5х5 получены среднее арифметическое отклонение профиля Яа = 60,5 нм и высота неровностей профиля по десяти точкам Я2 = 188 нм. И так сопоставляя значение наношероховатости до обработки и после ЭХО в водном растворе №С1 10% с плотностью тока у = 7,07

2

А/см наношероховатость уменьшается на два раза.

(а) (б)

Рис. 2. Сканируемая поверхность нержавеющей стали типа Х18Н10Т после ЭХО в водном растворе ШС110% с плотностью тока у = 7,07 А/см (размер скана 5х5мкм): а - 2-Б изображение; б - 3-0 изображение

Объём выборки Максимум 65536 377,071 нм

Минимум 0 нм

Разброс высот 377,071 нм

Высота неровностей профиля по десяти точкам. Кг 188.293 нм

Средняя линия профиля 196,715 нм

Среднее арифметическое отклонение профиля. Иа 60.5156 нм

Дисперсия( разброс распределения вокруг среднего значения) 210,933

Среднее квадратическое отклонение профиля. 1Ц 76.1313 нм

Асимметрия (третий центральный момент) -0,334188

Эксцесс (четвёртый центральный момент) -0.434638

Энтропия 12,1081

Разупорядоченность -0,415342

(а)

Л \

/ \ ;

і \1 v\

/ [1 Г\

V \ /

J ■

(б)

Рис. 3. Статистические параметры геометрических свойств поверхности нержавеющей стали типа Х18Н10Т после ЭХО в электролите МаС1 10% с плотностью токау = 7,07 А/см (размер скана 5х5 мкм): а - таблица статистических параметров; б - гистограмма плотности распределения значений функций

При увеличении плотности тока на два и три раза поверхность нержавеющей стали типа Х18Н10Т становится светлее. На рис. 4 - 7 представлены СЗМ-изображения и гистограмма распределения точек профиля по высотам поверхности нержавеющей стали типа Х18Н10Т после ЭХО.

При ЭХО с плотностью тока j = 14.15 А/см получены среднее арифметическое отклонение профиля Ra = 30нм и высота неровностей

профиля по десяти точкам Я2 = 122 нм. А при ЭХО с плотностью тока 7 = 28.3А/см получены среднее арифметическое отклонение профиля Яа = 38нм и высота неровностей профиля по десяти точкам Я2 = 97 нм. Видно, что при увеличении плотности тока от 7,07 до 14,15 А/см интенсивно уменьшаются Яа и Яг на два раза, чем их начальное значение. А при увеличении плотности тока от 14,15 до 28,3 А/см2 незначительно изменятся Яа и Я 2. Такое уменьшение может быть объяснить размером зерен или химическим свойством нержавеющей стали типа Х18Н10Т.

О 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 О О

цт

(а) (б)

Рис. 4. Сканируемая поверхность нержавеющей стали типа Х18Н10Т после ЭХО в электролите №С110% с плотностью тока 3 = 14,15 А/см (размер скана 5х5мкм): а - 2^ изображение; б - 3^ изображение

Объём выборки 65536 •Г 5 Я Л

Максимум 242.749 нм

Минимум 0 нм

Разброс высот 242.749 нм V V

Высота неровностей профиля по десяти точкам. Кг 122,318 нм

/ \

Средняя линия профиля 112,488 ем /

Среднее арифметическое отклонение профиля. Е.а 30.1026 нм 3 * / \

Дисперсия( разброс распределения вокруг среднего значения) 118,599 /

/ \

Среднее квадратическое отклонение профиля. Кц 37,5787 нм

/ \

Асимметрия (третий центральный момент) 0;0595418 °

Эксцесс (четвёртый центральный момент) 0.048449

Энтропия 11,2218 0

Р азупорядоченность -0,417365 пт

Рис. 5. Статистические параметры геометрических свойств поверхности нержавеющей стали типа Х18Н10Т после ЭХО в электролите МаС1 10% с плотностью тока3 = 14,15 А/см (размер скана 5х5 мкм): а - таблица статистических параметров; б - гистограмма плотности распределения значений функции

Рис. 6. Сканируемая поверхность нержавеющей стали типа Х18Н10Т после ЭХО в электролите МаС110% с плотностью тока3 = 28,3 А/см (размер скана 5х5мкм): а - 2^ изображение; б - 3^ изображение

Объём выборки 65536 № ; ;

Максимум 194.932 ем

Минимум 0 нм = ! I * І і

Разброс высот 194.932 нм

Высота неровностей профиля по десяти і; і і

точкам. Кг 97,6523 нм

Средняя линия профиля 97,9981 нм И ,п і 1

Среднее арифметическое отклонение о ; і

профиля. Яа 38,0486 нм 1 £ т

Дисперсия( разброс распределения “і і І

вокруг среднего значения) 107,796 " і Ґ

Среднее квадратическое отклонение ! і 1

профиля. 44.9046 нм і 1

Асимметрия (третий центральный момент) -0,149816 / і

Эксцесс (четвёртый центральный момент) -0,933227 о : ?

Энтропия 11,3721

Разупорядоченность -0,496448

сю

(б)

Рис. 7. Статистические параметры геометрических свойств поверхности нержавейки Х18Н10Т после ЭХО в электролите ШС110% с плотностью тока3 = 28,3 А/см2 (размер скана 5х5 мкм): а - таблица статистических параметров; б - гистограмма плотности распределения значений функции

Из анализа фотографии поверхности нержавеющей стали типа Х18Н10Т после ЭХО видно, что на её поверхности наблюдается образование кратеров и каверн. Основная фаза стали 12Х18Н10Т - это у-железо или твердый раствор углерода в у -железе, т.е. аустенит, а вторая фаза - это а-фаза, т.е. мартенсит или феррит. Основными легирующими элементами являются й-М-^. Однофазные стали имеют устойчивую структуру однородного аустенита с незначительным содержанием карбидов ^. Вблизи зон, обедненных хромом, происходит избирательное электрорастворение. При высоких потенциалах карбиды хрома по-прежнему сохраняют пассив-

ное состояние, однако скорость растворения зон твердого раствора, прилегающих к карбидным образованиям, увеличивается. Наблюдается выпадение карбидных фаз (образование каверн) и образование кратеров (рис.4).

Выводы. Проведя анализа полученных результатов можно приводить к следующим выводам. Во-первых, с ростом плотности тока шероховатость поверхности нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т после электрохимической обработки уменьшается. Во-вторых, для нержавеющей стали типа 1Х18Н10Т при анодном растворении в растворах нейтральных солей возможно образование карбидов хрома, характерно выделение карбидных пластинок на поверхности электрода вследствие меньшей скорости их растворения. Потоком раствора электролита эти пластинки смываются с поверхности в объем раствора. После анодного растворения стали формируется поверхность с преобладанием впадин.

Список литературы

1. Артамонов Б. А., Волков Ю. С., Дрожалова В. И. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: учеб. Пособие (в 2-х томах). T.I. Обработка материалов с применением инструмента/ Под ред. В. П. Смоленцева. М.: Высш. шк.. 1983. 247 с.

2. Сканирующий зондовый микроскоп Solver PRO. Справочное руководство по программному модулю обработки изображений, фирма NT-MDT, 2006,- 121с.

Нгуен Тхи Хонг, асп., hongnm\enbsu(@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

STUDY OF NANOROUGHNESS SURFACE OF DETAILS FROM 1CR18NI10TI AFTER

ELECTROCHEMICAL PROCESSING

Nguyen Thi Hong

A study of the nanoroughness of the surface of stainless steel X18H10T after various modes of electrochemical machining using a scanning probe microscope

Key words: quality of the surface, electrochemical machining, nanoroughness.

Nguyen Thi Hong, postgraduate, hongnguyenbsu@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University