Краткая характеристика зон поверхностного слоя
после электроэрозионной обработки (ЭЭО)

Свойства поверхностного слоя существенно изменяются в результате электроэрозионной обработки, а это влияет на качество готовой продукции. Так как одной из направленностей нашего производства изготовление пресс-форм и штампов, то этот вопрос достаточно важен. Для начала необходимо разобраться с вопросом: Каким становится поверхностный слой после самой обработки?

Рассматриваемый слой после электроэрозионной обработки по толщине условно разделяют на (рис. 1):

  1. зона насыщения элементами рабочей жидкости;
  2. зона отложения материала ЭИ;
  3. белый слой, образованный из расплавленного материала заготовки;
  4. зона термического влияния;
  5. зона пластической деформации.

От режима обработки, обрабатываемого материала, материала ЭИ, применяемой рабочей жидкости и условий ведения процесса в значительной мере зависят количество и последовательность образования зон, их структура и свойства. Зачастую границы между зонами не четкие, а в большинстве случаев они перекрывают друг друга. Но каждая из зон имеет свои особенности, влияющие на те или иные свойства поверхности и во многих случаях предопределяющие возможность успешной эксплуатации детали. При этом каждая зона, даже незначительной толщины, играет весьма важную роль. Рассмотрим эти зоны в отдельности.

Схема электроэрозионной обработки
Рисунок 1. Схематическое изображение поверхностного слоя

Зона насыщения элементами рабочей жидкости

В результате мощного теплового воздействия рабочая жидкость разлагается. Такая реакция возникает при выделении электрической энергии в процессе электроэрозионной обработки. Отдельные элементы рабочей жидкости проникают в поверхностный слой заготовки, диффундируют в него и образуют с обрабатываемым материалом новое химические соединения. На поверхности заготовки замечено отложение углерода в виде сажи. Углерод образовывался в результате разложения минерального масла, используемого в качестве рабочей жидкости.

При электроэрозионной обработке в смеси воды с индустриальным маслом, а также в полиметилсилоксановой жидкости на обрабатываемых поверхностях образцов также отлагаются продукты разложения используемых жидкостей в виде темных пятен. Эти пятна легко удаляются в поверхности.

Зона обложения материала ЭИ

Вторая зона характеризуется присутствием частичек материала ЭИ. Эти частички появляются в обрабатываемой заготовки переносом части энергии факелами, состоящими из паров материала ЭИ. Образование этой зоны возможно, как правило, при подключении ЭИ к отрицательному полюсу источника питания в случае электроэрозионной обработки на малых межэлектродных зазорах, а также, такого изменения условий ведения процесса, которое нарушает его стабильность. Помимо скопления материал ЭИ на поверхности заготовки, он также может диффундировать (проникать) в более глубокие слои, например в слой расплавленного материала заготовки, и образовывать там различные фазы – твердые растворы, соединения и т.п.

При обработке стальных деталей ЭИ из углеграфитовых композиций углерод, диффундируя вглубь обрабатываемой поверхности, обусловливает образование карбидов. При использовании ЭИ из меди и вольфрамомедных композиций может быть образована зона из материала ЭИ, которая тонким слоем будет покрывать обрабатываемую поверхность. Кроме того, медь может проникать в зону расплавленного материала заготовки, образуя отдельные включения.

При обработке медным пластинчатым ЭИ образца из стали 45, вращающегося с частотой 30 000 об/мин, отложение меди на поверхности заготовки наблюдалось при более мягких режимах.

Слои толщиной в несколько десятков микрометров, содержащие медь, образуются при обработке заготовок на более грубых режимах при поперечных размерах ЭИ не более 3 -5 см2.

Белый слой

Толщина белого слоя металла зависит от величины Wи и tи, а также от температуропроводности материала заготовки. После удаления микропрорции металла на поверхности заготовки остается зона со структурой, резко мелкозернистую структуру, обладающую высокой химической стойкостью, что затрудняет ее выявление путем травления. На микрошлифах этот слой имеет вид белых полос, откуда он и получил свое название.

При обработке стали на мягких режимах белый слой располагается на поверхности заготовки отдельными участками толщиной от нескольких до 40-50 мкм и длиной до 250-260 мкм. Толщина белого слоя при обработке нагретых заготовок на мягких режимах мало зависит от температуры заготовки. Более существенное влияние температуры заготовки на толщину белого слоя оказывает на грубых режимах обработки.

На грубых режимах белый слой сплошь покрывает обработанную поверхность. Приведенные данные показывают, что размеры белого слоя зависят от свойств обрабатываемого материала, рабочей жидкости и особенно от режима отработки.

В белом слое легко образуются сплавы компонентов материала с материалом ЭИ и элементами рабочей жидкости, а также карбиды и оксиды.

После быстрого охлаждения рассматриваемый слой в отдельных случаях имеет ледебуритное строение с образованием первичных кристаллов цементита в ледебуритной основной массе. При электроэрозионной обработке стальных деталей медным ЭИ в воде белый слой может также иметь мартенситную структуру.

Под оплавленным слоем структура обрабатываемого металла изменяется вследствие выделения из раствора карбидов и превращений, соответствующих разным стадиям отпуск.

При обработке на всех режимах, и особенно на грубых, в рассматриваемом слое наблюдаются поры, кратеры, различные включения, нарушающие ее сплошность.

Во всех случаях белый слой резко отличается по виду от остальной части поверхностного слоя. После термообработки детали из углеродистой стали, обработанной электроэрозионным способом, рассматриваемый слой существенно изменяется. Так, при отпуске резкая граница между ним и остальной частью поверхностного слоя исчезает, начинает образовываться переходная зона. В результате отжига часть углерода диффундирует из белого слоя вглубь поверхностного слоя, микротвердость зоны уменьшается.

Зона термического влияния

Зона термического влияния значительно превышает по размерам белый слой. На структуру рассматриваемой зоны оказывают влияние материал обрабатываемой заготовки, его исходное состояние, свойства рабочей среды, а также режим обработки. Глубина структурных изменений определяется толщиной слоя металла заготовки, температура в которой превышает температуру структурных изменений. В первом приближении глубину Нт зоны термического влияния можно определить исходя из следующих соображений. Теплота, выделяющаяся при электрическом разряде, поникает в обрабатываемую заготовку на глубину Но:

Н0=40(πatи)0,5 , мкм,

где tи – длительность импульса, мкс;
a – коэффициент температуропроводности, см2/с.

После удаления микропорции металла объемом, ограниченным размерами единичной лунки глубиной hл, величина Нт будет определяться выражением

Нто-hл

На мягком режиме обработки зона термического влияния имеет малые размеры, что обусловливает близкие по величине высокие скорости охлаждения всех участков рассматриваемой зоны.

После электроэрозионной обработки углеродистой стали появление тех или иных структур и их чередование в пределах зоны термического влияния будут определяться состоянием стали, режимом обработки и свойствами рабочей жидкости. Последовательность расположения структур от поверхности в глубь металла после отработки закаленной стали на мягких режимах в углеродсодержащих рабочих жидкостях в основном будет следующей: мартенсит, основной металл; при обработке на более грубых режимах: аустенит, мартенсит, троостито-сорбит, отпущенный металл, основной металл, а при обработке на тех же режимах в воде: мартенсит, троостито-сорбит, отпущенный металл, основной металл.

При обработке в углеродсодержащей жидкости на грубых режимах на поверхности образуется ледебурит, после которого следует указанные выше структуры. При обработке незакаленной углеродистой стали расположение структурных составляющих аналогично вышеприведенным, отличие заключается в отсутствии зоны отпуска.

Толщина зоны термического влияния у закаленной стали больше, чем у незакаленной в связи с нагревом основной структуры (мартенсита) до температуры ниже критических точек.

Зона пластической деформации

В процессе электроэрозионной обработки поверхность металла испытывает значительные ударные воздействия, связанные с перемещением волны напряжений от расширения и сжатия металла при нагреве и охлаждении обрабатываемой заготовки над воздействием электрического разряда; от давления газа, образовавшегося в результате испарения рабочей жидкости; от давления струй факелов, движущихся со скоростью, близкой к скорости звука; от возникающих в процессе обработки электростатических и электромагнитных вил, а также от протекающих в зоне термического влияния структурных изменений и других факторов. Под их воздействием происходит пластическая деформация поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, в ряде случаев выходящая за пределы зоны термического влияния.

Зона пластической деформации проявляется в виде измельчения зерен, образования больших дислокаций, а также изменения параметров решетки. Также, глубина зоны пластических деформаций при обработке углеродистых сталей зависит от их химического состава; с увеличением содержания углерода глубина зоны растет, ас увеличением содержания кремния уменьшается.

Дополнительные сведения

Полезная информация по заказу продукции, оплате и отгрузке:

Популярное на сайте
Контактная информация
14005, Украина
г.Чернигов, пр-кт Мира, 192
м.т. +38 095 44 696 61
м.т. +38 067 83 181 02
E-mail: sale@sev-torg.com