高铬高碳钢电化学脱合金预处理磨削加工性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:simon20088
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高铬高碳钢属于铬系合金,具有高硬度、高耐蚀性以及良好耐磨性,在第三代核主泵关键零部件中有着重要应用。为满足核主泵的应用需求,对高铬高碳钢零件的几何精度和表面质量提出了较高的制造要求。目前,该类材料的零件主要采用磨削加工。然而,磨削加工该类材料时存在磨削力大、磨削温度高、砂轮磨粒磨损严重的问题,难以满足该类零件的制造需求。电解磨削加工通过电化学溶解作用减少磨粒实际切削深度,降低磨削力,可有效改善表面质量。但现有的电解磨削加工存在严重的过切问题,严重降低加工质量和加工效率,难以满足核主泵的关键部件,例如:推力轴承轴瓦表面的精密加工需求。针对电解磨削加工存在的问题,在分析其加工过程中材料去除特性、加工表面单颗磨粒最大切削深度、及材料电化学溶解速率的基础上,提出了电化学预处理磨削加工方法;通过研究极化电位、电解液pH值、极化时间对高铬高碳钢电化学腐蚀行为的影响,揭示了高铬高碳钢电化学脱合金机理;开展了高铬高碳钢未处理表面与电化学脱合金预处理表面的单颗粒划痕和精密磨削加工试验研究。论文的主要工作如下:(1)通过分析电解磨削加工过程中材料去除特性,建立加工表面机械去除与电化学溶解的结构模型,发现提高待加工表面的电化学溶解作用可以有效降低后续磨削加工过程中磨粒实际切削深度;同时需要抑制已加工表面的电化学溶解作用以提高加工质量与加工精度,并且电解磨削中砂轮进给速率受到材料电化学溶解速率限制。因此,提出了电化学脱合金预处理磨削加工方法。通过在较短时间内对待加工表面进行电化学脱合金腐蚀,再利用磨粒的机械切削作用去除疏松多孔的脱合金层,可以有效缓解过切、钝化现象对加工过程的影响,有望实现高铬高碳钢的高质高效加工。(2)为确定适用于高铬高碳钢的脱合金电解液体系与电化学加工参数,研究了电极极化电位、电解液pH值以及极化时间对材料表面电化学腐蚀行为的影响,确定了在弱碱性(9<pH<11)的1.5 M Na NO3电解液中6 VAg/Ag Cl恒电位极化处理可以获得多孔疏松脱合金层,当极化处理时间为60 s时可获得厚度约为9.6μm的脱合金层。揭示了高铬高碳钢在弱碱性电解液中高电位极化中的脱合金机理,通过电极界面浓差极化作用促进Fe元素溶解的同时抑制Cr元素溶解,最终形成富Cr脱合金层。(3)为研究电化学脱合金预处理对高铬高碳钢材料特性的作用机理、及对加工过程的改善效果,分别对未处理表面与电化学脱合金预处理表面开展了单颗粒划痕试验与精密磨削试验。结果表明,通过电化学脱合金作用在表面形成的疏松多孔结构降低了材料挤压后产生的塑性变形与推挤;当切深为10μm时,电化学脱合金预处理后表面的法向磨削力、切向磨削力相比未处理表面可分别降低78%、62%,表面粗糙度Ra可降低42.5%,砂轮磨粒磨损也得到了显著缓解。
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