Структурные и фазовые превращения в поверхностных слоях сталей при электроэрозионной обработке

• Автор: Плошкин, Всеволод Викторович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 281 с. : ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Основные положения физической теории электрической эрозии в жидкой диэлектрической среде

1.2. Механизм электрической эрозии в импульсном разряде

1.3. Тепловые процессы на поверхности электродов и динамика формирования единичной лунки

1.4. Процесс формирования лунки перемещение границы фазового превращения

1.5. Особенности формирования структуры поверхностного слоя при ЭЭО

1.6 Образование структур, подобных белому слою

1.7 Особенности структурнофазового состояния поверхностных слоев сталей и сплавов после обработки концентрированными потоками энергии
1.8 Свойства поверхностных слоев металлов и сплавов после обработки концентрированными потоками энергии.

1.9 Постановка задачи исследования

2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА СО СТАЛЬЮ

2.1. Тепловые процессы
2.1.1 Исходные гипотезы и определяющие соотношения
2.1.2. Математическая постановка задачи
2.1.3. Расчетные эксперименты по нагреву сталей импульсным электрическим разрядом
2.2. Формирование микрогеометрии поверхности
2.3. Механизмы удаления жидкой фазы и образование лунки
2.4. Напряженное состояние и пластическая деформация поверхности в зоне действия электрического разряда
2.5. Выводы
3. ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ БЕЛОГО СЛОЯ
3.1. Кристаллизация белого слоя
3.2. Включения углерода в белом слое
3.3. Структурные особенности белого слоя
3.4. Образование структурной составляющей байковит
3.5. Результаты ЯГРспектроскопии
3.6. Выводы
4. СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ РАСПЛАВОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ЭЭО
4.1. Плавление и кристаллизация цементита.
4.2. Структурное состояние железоуглеродистых расплавов
4.3. Субмикрогетерогенное строение железоуглеродистых расплавов
4.4. Выводы
5. ЗОНА ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ В УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ
5.1. Образование вторичных структур
5.2. Науглероживание зоны термического влияния
5.2.1 Использование понятия активности углерода ас для описания процесса его диффузии в поверхностных слоях стали при ЭЭО
5.2.2 Определение коэффициента диффузии углерода в ЗТВ
5.2.3 Обсуждения экспериментальных результатов
5.3 Смещение критических точек фазовых превращений при нагреве сталей импульсным электрическим разрядом
5.4. Распределение легирующих элементов в зоне действия электрического разряда сталь 5ХНМ
5.5. Выводы
6. УПРО ЧНЕНИЕ СТАЛЕЙ ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ ПРИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ
6.1. Упрочнение формообразующих поверхностей
А технологической оснастки
6.1.1 Ковочные штампы
6.1.2 Прессформы для прессования твердосплавных пластин и холодновысодочный инструмент
6.2. Эксплуатационные свойства поверхности после электроэрозионного упрочнения
6.2.1 Испытания на износостойкость и усталость образцов стали 5ХГ1М.
6.2.2 Белый слой как аналог малоуглеродистого чугуна типа нихард
6.2.3 Износостойкость белого слоя и правило Шарпи
6.2.4 Механические свойства
6.2.5 Механические характеристики прочности при оценке разрушения сталей после упрочнения ЭЭО
6.2.6 Фрактография поверхностных слоев стали 5ХНМ после ЭЭО
6.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
0
ВВЕДЕНИЕ


Спектральный анализ образцов на содержание кремния показал, что независимо от режима обработки и марки стали, количество кремния в поверхностном слое возросло до 0, 1,1, что превышает в несколько раз его содержание в исследованных сталях. Отмечается образование зон с элементами ЭИ в результате переноса паров материала ЭИ на заготовку. Образуется она, как правило, при подключении ЭИ к отрицательному полюсу источника питания. Материал ЭИ не только концентрируется на поверхности заготовки, но и диффундирует в более глубокие слои. Образование зоны проникновения материала ЭИ в обрабатываемый материал существенно влияет на свойства поверхностного слоя, а, следовательно, на эксплуатационные свойства изготовляемых деталей. Толщина БС металла зависит от величины и а также от температуропроводности материала заготовки. При обработке сталей на мягких режимах при 0,1 Дж и мке белый слой располагается на поверхности заготовки отдельными участками толщиной до мкм и длиной до 0 0 мкм. Размер белого слоя при обработке предварительно нагретых заготовок на мягких режимах мало зависит от температуры заготовки. На грубых режимах БС сплошь покрывает обрабатываемую поверхность и максимальная толщина слоя сталь У, 0,2 Дж и мке составляет 5 до 0 мкм. Изменения химического состава БС для высоколегирован
пых сталей от и не обнаружено . Высказанные в п предположения, что . БС в отдельных случаях имеет ледебуритное строение с образованием первичных кристаллов цементита в ледебуритной основной массе, и при олектроэрозионной обработке стальных деталей медным электродоминструментом в воде белый слой может иметь мартенситную структуру. В первых, согласно ,9 образование ледебурита в условиях сверхбыстрого охлаждения маловероятно, во вторых, структура БС обладает высокой химической стойкостью и не выявляется большинством применяемых в металлографии реактивов ,6,, поэтому не может иметь практического подтверждения. Зона термического влияния, согласно , . На мягких режимах 3 Дж в углеродсодержащих рабочих жидкостях сталь У это, в основном, мартенсит. В отдельных случаях на грубых режимах IVи 5 Дж в ЗТВ возможно образование ледебурита , и далее следуют указанные выше структуры. При обработке незакаленной углеродистой стали расположение структурных составляющих аналогично вышеприведенным, отличие заключается в отсутствии зоны отпуска. После обработки в минеральных маслах и керосине увеличивается количество в структуре остаточного аустснита сталь У8, в . При обработке стали У8 электрическими разрядами длительностью и 0 мке и Уи 5 Дж, ЗТВ имеет аустенитномартенситную структуру с содержанием остаточного аустеиига, зависящим от состава и свойств рабочей жидкости. После обработки стали У8 в керосине количество остаточного аустенита составило , в индустриальном масле , в смеси воды с индустриальным маслом . После обработки в воде аустенит в поверхностном слое отсутствует методика количественного рентгеноструктурного анализа не приводится. Также отмечается измельчение зерен, образования больших дислокаций, изменение параметров кристаллической решетки, хгго связывается с перемещением волны напряжений . ЗТВ структурных изменений. В работе приведены результаты исследования влияния элекгроимпульсной обработки с использованием высоковольтного периодического разряда длительность около 1 мке в потоке воды на структуру и твердость поверхностных слоев образцов из сталей ХН2МФА, ЗОХЗНМАФ, ХНТ и титановых сплавов ОТ и ВТ6. Отмечается, что структура поверхности участков, перекристаллизовавшихся после воздействия высоковольтного периодического разряда в потоке воды, аналогична структурам, образующимся на металлических поверхностях при их обработке электронным пучком, электрическим разрядом низкого напряжения и излучением оптического квантового генератора импульсного действия. Исследование проводили на плоских образцах, изготовленных из сталей перлитного и аустснитного классов, а также титановых сплавов с пссвдоа и а структурой. Образцы вырезали из полуфабрикатов, находящихся в состоянии поставки стали ЗОХЗНМАФ и ХН2МФА и титановые сплавы ОТ и ВТ6 после отжига, сталь ХНТ после прокатки.