超聲振動(dòng)輔助電火花放電表面強(qiáng)化技術(shù)及機(jī)理研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、電火花放電表面強(qiáng)化技術(shù)可以在普通電火花加工機(jī)床上實(shí)現(xiàn),利用脈沖放電產(chǎn)生的熱量使工具電極材料、工作液分解物和工件熔融材料在工件表面發(fā)生合金化反應(yīng)形成強(qiáng)化層,其顯微硬度、耐磨性和耐腐蝕性等與基體相比均顯著提高。但使用該技術(shù)形成的強(qiáng)化層存在厚度和成分分布不均勻等問(wèn)題,并且利用固體電極、壓結(jié)體或燒結(jié)體電極進(jìn)行電火花放電表面強(qiáng)化處理時(shí)電極損耗嚴(yán)重,影響電火花放電表面強(qiáng)化的精度。
   本文研究在電火花放電表面強(qiáng)化過(guò)程中工具電極上附加超聲振

2、動(dòng)的方法,可以改善和解決強(qiáng)化層厚度和成分分布不均勻的問(wèn)題,還能進(jìn)一步提高強(qiáng)化層的顯微硬度、耐磨性和耐腐蝕性等。為了在形成電火花放電表面強(qiáng)化層的同時(shí)保證強(qiáng)化控制精度,本文采用Cu工具電極上附加超聲振動(dòng)的同時(shí),在工作液中混入特殊粉末的方法,在工件表面形成性能良好的強(qiáng)化層,進(jìn)一步擴(kuò)大電火花放電表面強(qiáng)化技術(shù)的適用范圍。對(duì)電火花放電表面強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行深入研究,利用氣體碰撞游離理論、氣泡理論和雜質(zhì)擊穿理論分析電火花放電表面強(qiáng)化過(guò)程,并從工作液介質(zhì)擊穿

3、、放電通道形成及能量分配、電極材料向工件表面遷移、強(qiáng)化層形成及極間消電離等階段詳細(xì)闡述。系統(tǒng)研究極性效應(yīng)和電極材料選擇對(duì)電火花放電表面強(qiáng)化層形成的影響,正極性強(qiáng)化條件和合適的電極材料是形成良好的強(qiáng)化層的前提。采用Si電極正極性表面強(qiáng)化處理65Mn鋼,工件表面形成非晶納米晶強(qiáng)化層,這是由于在正極性強(qiáng)化條件下,電子流高速轟擊工件表面產(chǎn)生溫度瞬時(shí)升高后急冷,具備形成非晶對(duì)過(guò)冷度的要求;而負(fù)極性強(qiáng)化條件下,由于正離子質(zhì)量大、慣性大,其對(duì)工件的碰

4、撞升溫作用較弱,因此不具備形成非晶的條件。單脈沖電火花放電表面強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,放電點(diǎn)圓餅的直徑隨著脈沖能量的增大而增大,建立了單脈沖電火花放電表面強(qiáng)化放電點(diǎn)圓餅直徑的實(shí)驗(yàn)回歸模型。Si電極電火花放電表面強(qiáng)化處理65Mn鋼形成的強(qiáng)化層由一層層圓餅疊加而成,選取合適的參數(shù)可以獲得無(wú)裂紋、無(wú)氣孔、化學(xué)成分分布均勻的強(qiáng)化層。強(qiáng)化層由白亮層、結(jié)合區(qū)、熱影響層組成。白亮層上部為非晶納米晶結(jié)構(gòu),下部與結(jié)合區(qū)間存在柱狀晶,垂直于工件表面,柱狀晶區(qū)域隨

5、脈沖參數(shù)的變化而變化,熱影響層為高碳馬氏體。建立了電火花放電表面強(qiáng)化層熔覆率和表面粗糙度模型,研究了強(qiáng)化層厚度、表面粗糙度以及表面和截面形貌隨強(qiáng)化處理時(shí)間、放電脈沖寬度、脈沖間隔和脈沖放電峰值電流變化的規(guī)律。強(qiáng)化層厚度隨放電脈沖寬度和峰值電流的增大而增大,在合適的脈沖間隔和強(qiáng)化處理時(shí)間取得最大值;強(qiáng)化層表面粗糙度值隨放電脈沖寬度和峰值電流的增大而增大,超過(guò)一定參數(shù)值后工件表面出現(xiàn)微裂紋。對(duì)電火花放電表面強(qiáng)化層中是否存在非晶相進(jìn)行了熱力學(xué)

6、理論預(yù)測(cè)。研究了電火花放電表面強(qiáng)化層的性能,強(qiáng)化層的顯微硬度、耐磨性和耐腐蝕與基體材料相比顯著提高,強(qiáng)化層與基體之間呈現(xiàn)良好的冶金結(jié)合。
   本文提出并系統(tǒng)研究了超聲振動(dòng)輔助電火花放電表面強(qiáng)化技術(shù),系統(tǒng)研究其原理和超聲振動(dòng)對(duì)電火花放電表面強(qiáng)化過(guò)程的影響。超聲振動(dòng)改善極間放電間隙狀態(tài),引起電場(chǎng)強(qiáng)度的急劇變化,降低擊穿延時(shí),更容易形成放電通道;超聲振動(dòng)增大放電爆炸力和降低工具電極等效硬度,加速工具電極消耗,使參與合金化反應(yīng)的工具電

7、極材料增加;超聲振動(dòng)加速熔融物在極間的運(yùn)動(dòng),促進(jìn)其高速遷移到工件表面發(fā)生合金化反應(yīng)。系統(tǒng)研究了超聲振動(dòng)振幅和頻率對(duì)強(qiáng)化層表面形貌和性能的影響。在低頻率小振幅條件下,超聲振動(dòng)效應(yīng)弱;在高頻率小振幅條件下,強(qiáng)化層厚度分布均勻,無(wú)裂紋、氣孔等缺陷。在中頻條件下,強(qiáng)化層表面的粗糙度值和Si含量較低,隨超聲振幅的增大而增大;在低頻條件下,強(qiáng)化層厚度低,隨超聲振幅的增大而減小。在高頻大振幅條件下,形成的強(qiáng)化層表面清晰,但是有較多褶皺。工具電極附加參

8、數(shù)合適的超聲振動(dòng),使表面強(qiáng)化層的厚度和化學(xué)成分分布更加均勻、強(qiáng)化層微裂紋和氣孔減少、強(qiáng)化相數(shù)量增加、Si含量提高、強(qiáng)化表面的顯微硬度和耐磨性提高。提出并系統(tǒng)研究了超聲振動(dòng)輔助混粉電火花放電表面強(qiáng)化技術(shù),其單脈沖放電強(qiáng)化過(guò)程可分為工作液介質(zhì)電離和粉末極化、介質(zhì)擊穿及放電通道形成、粉末爆炸參與合金化反應(yīng)、強(qiáng)化層形成及極間消電離四個(gè)階段,混入工作液中的粉末有利于形成串聯(lián)放電,放電通道內(nèi)及其周?chē)姆勰┰跓崮茏饔孟路至殉尚☆w?;蛞夯瘹饣?,在超聲振

9、動(dòng)作用下遷移到工件表面發(fā)生合金化反應(yīng)形成強(qiáng)化層。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究混粉濃度、脈沖放電參數(shù)、超聲振幅對(duì)強(qiáng)化層形成的影響。在混粉濃度60g/l、放電脈沖寬度24μs、脈沖間隔42μs、脈沖放電峰值電流2.4A、超聲振幅2μm條件下可以形成分布均勻的強(qiáng)化層,XRD和EDS分析結(jié)果表明工作液中混入的粉末分布在強(qiáng)化層中。系統(tǒng)研究了不同參數(shù)條件下強(qiáng)化表面質(zhì)量和耐磨性,在低脈沖放電能量、小振幅超聲振動(dòng)和一定混粉濃度條件下可以使粉末滲入工件表面形成表面

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