4.7. Структура поверхностного слоя после электроэрозионной обработки

Поверхностный слой формируется за счёт:

• части расплавленного металла, оставшегося на поверхности лунки;

• прилегающего к ней слоя металла, подвергнутого структурным изменениям от быстрого нагрева и охлаждения материала.

Рис.4.12. Структура поверхностного слоя (пояснения в тексте)

Поверхностный слой (рис.4.12) состоит из так называемого белого слоя 1, в котором наблюдаются химико-термические превращения; переходного слоя 2, в котором произошли только термические изменения и под которым находится неизменённый металл 3 заготовки. Изменённая зона, образуемая слоем 1, содержит продукты диэлектрической среды, в частности углерод, и элементы, входящие в состав ЭИ. У стальных заготовок в этой зоне образуются карбиды железа, которые способствуют упрочнению поверхности.

Если металл обрабатывают импульсами высокой энергии, то в начале разряда нагревается и плавится металл на поверхности. Затем теплота проникает вглубь. Для нагрева внутренних слоёв требуется какое-то время. Поскольку время разряда невелико, а мощность его значительна, то возникает большая разница температур по глубине. Наружные слои, как более нагретые, расширяются больше, внутренние – меньше. Однако металл в зоне лунки в начале разряда не обладает достаточной пластичностью. Поэтому в нём возникают значительные внутренние напряжения, вызывающие разрыв. В конце импульса под действием резкого охлаждения нагретого металла жидкой рабочей средой вновь возникает большой перепад температур под лункой. Появляются внутренние напряжения, которые тоже вызывают трещинообразование. Особенно склонны к растрескиванию хрупкие материалы, например, твёрдые сплавы. Толщина изменённого слоя после серии импульсов значительно превышает высоту неровностей. Она зависит от теплофизических свойств материала заготовки, температуры, при которой происходят фазовые превращения обрабатываемого металла, и других причин.

С учётом граничной температуры по методике в разделе 5.6 можно расчётным путём определить толщину Н изменённого слоя. Она определяется через глубину h₁ одиночной лунки и расстояния h₂ от поверхности до границы, где наблюдаются изменения обрабатываемого металла. То есть где наблюдается температура начала фазовых превращений материала заготовки (см. рис. 4.11).

Н = h₂ – h₁.

Толщину изменённого слоя рассчитывают для донной части лунки. Это позволяет найти истинное значение слоя без учёта воздействия соседних импульсов.

Для расчёта толщины изменённого слоя можно использовать приближённую зависимость:

(4.8)

k_T – коэффициент, зависящий от материала и режима; Р – показатель степени, характеризующий форму лунки, при расчётах принимают Р = 1/3.

При обработке в воздушной среде длительность импульсов обычно больше, чем при процессе в жидкости. Поэтому глубина изменённого слоя получается значительно больше. После электроконтактного разрезания в воздушной среде на заготовке наблюдается литая структура.

Толщина Н (10^-3м) изменённого слоя для стальных заготовок в зависимости от вида обработки составляет:

• черновая обработка (на электроимпульсном режиме)………0,1-0,4;

• чистовая обработка (на электроискровом режиме)…….…0,004-0,1;

• шлифование в жидкости…………………………………..0,005-0,08;

• разрезание в жидкости…………………………………………0,5-0,1;

• электроконтактная обработка на воздухе ……………..………….≤5.

Если Н ≥ 0,1·10^-3м, то у всех сплавов, как правило, наблюдаются микротрещины. Подогрев заготовки перед обработкой позволяет снизить толщину изменённого слоя в несколько раз.

Поверхностный слой по-разному влияет на эксплуатационные характеристики деталей. Положительными являются повышение твёрдости поверхности при сохранении вязкости сердцевины, большое количество лунок на поверхности, плавное их сопряжение. К недостаткам следует отнести возможность появления трещин, растягивающих напряжений, трудность получения поверхности с малой шероховатостью.