CC BY
40
УДК 621.9.048.4
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
П. А. Иванов, А. А. Васильев, Е. К. Васильева, Е. В. Раменская, В. Д. Шапорев Научный руководитель - Н. А. Амельченко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: Ivanov.Pasch.iva@yandex.ru
Выявлено образование плотного белого слоя окислов на поверхности реза конструкционных сталей, прошедших термическую обработку, при электроэрозионной обработке. Изменений микроструктуры и твердости при данном методе не происходит.
Ключевые слова: электроэрозионная обработка, термическая обработка, твердость, металлографический анализ, подготовка шлифов, поверхностный слой.
THE EFFECT ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING ON THE CHANGE OF THE SURFACE LAYER
P. A. Ivanov, А. А. Vasilev, E. K. Vasileva, E. V. Ramenskaja, V. D. Shaporev Scientific supervisors - N. A. Amelchenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: Ivanov.Pasch.iva@yandex.ru
The formation of a dense white oxide layer on the cut surface of structural steels that have undergone heat treatment during electroerosive processing is revealed. Changes in the microstructure and hardness with this method does not occur.
Keywords: electroerosive treatment, heat treatment, hardness, metallographic analysis, preparation of thin sections, surface layer.
Современное производство изделий ракетно-космической техники (РКТ) основывается на постоянном повышении показателей параметров качества и надежности выпускаемой продукции. Для обеспечения достаточной надежности требуется применение современных титановых сплавов и жаропрочных материалов, обладающих высокими физико-механическими свойствами. Обработка таких материалов, как показывает практика, вызывает большие трудности, требует применения современного высокотехнологичного оборудования, скоростных методов обработки и высокоэнергетических технологических процессов [1].
Для производства готовых деталей и сборочных единиц кроме процессов механической обработки, часто применяются методы объемного формообразования. Это вызывает необходимость совершенствования технологической подготовки, связанной с проектированием и производством технологической оснастки, в частности штампов и пресс-форм.
Очень часто рабочие поверхности такой оснастки имеют сложную геометрическую форму, фасонные отверстия, карманы и другие конструктивные элементы. Для обработки в этом случае применяют методы, основанные на электрофизических и электрохимических воздействиях.
Основным из таких существующих методов является электроэрозионная обработка (ЭЭО). При этом методе используют электрические импульсы большой длительности (500-10000 мкс), в результате чего происходит дуговой разряд между двумя электродами [2]. В качестве анода служит обрабатываемая деталь, катодом является инструмент (электрод или проволока).
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
Обработка проводится в ваннах, заполненных диэлектрической жидкостью, которая исключает нагрев электродов (инструмента и заготовки), охлаждает продукты разрушения, уменьшает величину боковых разрядов между инструментом и заготовкой, что повышает точность обрабатываемых изделий.
В данной работе основной задачей являлось проведение исследований с целью выявления причины образования белого слоя на поверхности образцов. Механизм образования такого слоя пока не ясен и требует проведения дальнейших исследований.
Для проведения экспериментов были подготовлены образцы-свидетели с размерами 20x20x20 мм из материалов сталь 45 и 49 КФ, прошедших термическую обработку совместно с товарными деталями. Твердость поверхности образцов после закалки и последующего отпуска составила 40-50 HRC [3]. Далее образцы разрезали на проволочно-вырезном станке Sodick AQ 537L. Наличие адаптивной системы программного управления у данного типа станков позволяет своевременно определять отклонения в ходе обработки и устранять их. Использование программного управления перемещениями заготовки относительно инструмента позволяет с помощью простых электродов изготовлять детали сложных геометрических форм.
В качестве электрода-инструмента при разрезке использовали латунную проволоку марки BercoCut диаметром 0,25 мм. В процессе разрезки в качестве рабочей жидкости использовалась дистиллированная вода.
Проведение дальнейших исследований заключалось в подготовке микрошлифов. Поверхности образцов подвергали шлифованию и проводили полировку с учетом существующих методик и рекомендаций [4]. Для выявления изменений микроструктуры поверхности шлифов подвергались травлению с помощью травителя, состоящего из 36 % - HCl и 10 % - уротропин в течение 15-20 мин. с последующей промывкой в проточной воде. Исследования фактического состояния поверхностей образцов по внешнему виду проводили методом металлографического анализа с применением микроскопа Olympus GX 41.
На рис. 1 и 2, показано поперечное сечение образцов из стали 45 и 49 КФ после подготовки шлифов и травления.
.-■VfcJ." t " к чя.- ■ Г, , V*'1 .¿Г- теТТт*-^ -'-v
Рис. 1. Поперечное сечение образца из стали 45 после травления (х500)
Рис. 2. Поперечное сечение образца из стали 49КФ после травления (х250)
На основании исследований микроструктуры поперечных сечений стальных образов после ЭЭО выявлено, что на поверхности хорошо просматривается плотный белый слой, толщиной от 6 до 20 мкм. Причиной образования такого слоя может явиться сам процесс электроэрозионной резки. Можно предположить, что в зоне реза протекают процессы микродугового оксидирования. Наличие кислорода и азота в атмосфере воздуха при таком процессе с одной стороны и частиц расплавленного металла, где присутствуют такие химические элементы, как углерод,
железо, ванадий, кобальт и другие компоненты, составляющих основу химического состава данных материалов, может способствовать протеканию химических реакций с образованием карбидных, оксидных и нитридных соединений данных металлов [5].
Измерение твердости по сечению образцов, проведенные на приборе Мйи1оуо Иг - 300 показали, что изменений в значениях твердости не обнаружено. Следовательно, можно заключить, что процессов отпуска при электроэрозионной резке на происходит.
Более реальные выводы о химическом составе соединений на поверхности реза сталей, прошедших термическую обработку можно получить только на основе результатов рентгенострук-турного анализа, что является направлением проведения дальнейших исследований. Следует установить также, какое влияние на образование белого слоя оказывают режимы электроэрозионной резки.
Таким образом, на основе предварительных исследований можно сделать следующие выводы:
- при электроэрозионной резке термообработанных материалов на поверхности реза образуется не удаленный слой плотных окислов толщиной 6-20 мкм. Не известны также плотность, пористость и адгезионные свойства слоя;
- процесса отпуска термически обработанных материалов при электроэрозионной резке не происходит.
Библиографические ссылки
1. Елисеев Ю. С., Саушкин Б. П. Электроэрозионная обработка изделий авиационно-космической техники / под ред. Б. П. Саушкина. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2010. 437 с.
2. Фотеев Н. К. Технология электроэрозионной обработки / под общ. ред. Н. К. Фотеева. М. : Машиностроение, 1980. 184 с.
3. Сорокин В. Г., Волосникова А. В., Вяткин С. А. Марочник сталей и сплавов / под общ. ред. В. Г. Сорокина. М. : Машиностроение, 2003. 784 с.
4. Богомолова Н. А. Практическая металлография : учеб. пособие. М. : Высш. шк., 1987. 240 с.
5. Абляз Т. Р., Ханов А. М., Хурматуллин О. Г. Современные подходы к технологии электроэрозионной обработки материалов. Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. 2012. 112 с.
© Иванов П. А., Васильев А. А., Васильева Е. К., Раменская Е. В., Шапорев В. Д., 2019
