铬合金电解磨削加工中的变质层特性研究

发布时间：2020-08-12 23:11

【摘要】：电解磨削是一种磨削力小、应用范围广、加工表面质量好的特种加工技术。该技术广泛用于各种难加工金属的加工中。目前,很多学者对在电解磨削中电化学作用下合金上形成的极薄钝化膜进行了大量的研究。但是,已查到的文献没有关于变质层的特性和影响它生成的因素的研究。本文发现,在304不锈钢以及GCr15轴承钢等几种铬合金表面在电化学作用下形成了变质层(其厚度远超过钝化膜厚度)。对变质层特性的深入理解对控制其厚度进而实现磨削力的降低以及表面质量的提高具有重要的意义。本文通过实验研究和理论分析研究了304不锈钢和GCr15轴承钢变质层的特性。首先,采用三电极测试系统进行极化曲线实验,分析了304不锈钢和GCr15轴承钢在NaNO_3,NaNO_2,NaClO_3和Na_2CO_3四种常见钝性电解液中的极化曲线。通过比较各曲线中钝化区的电位范围和钝化电流,最终选择质量分数20%的NaNO_3溶液作为本文电化学实验的电解液。另外,本文还利用扫描电子显微镜观察了不同电化学参数下的变质层的形貌并利用能量色散谱仪测量变质层表面的化学组成成分。实验结果表明随着电压(或电流密度,时间)的增加,铬合金中Cr元素首先进行反应,Fe元素随后反应。变质层主要成分为Cr和Fe的氧化物。在电化学反应过程中,铬合金变质层的表面形貌逐渐变得均匀、致密,但过大的电压会使其因腐蚀作用增强而出现更多的腐蚀坑。为了研究变质层的机械性能,本文使用显微维氏硬度计测量了在不同电化学参数下得到的变质层的表面硬度。发现经过电化学作用,304不锈钢的硬度降低了70%,GCr15轴承钢的硬度下降约65%。工件材料硬度的降低有利于降低磨削力,提高材料去除率,同时减小工件表面和亚表面损伤。此外,本文分别对304不锈钢,GCr15轴承钢,316不锈钢和420不锈钢进行电压、电流密度和时间参数的电化学实验,研究电化学参数对变质层厚度的影响规律。为了更准确地测量变质层厚度,本文使用角度截面制备方法处理样件,并在超景深显微镜下观测变质层的厚度。测量结果显示,四种铬合金变质层厚度均受到电压、电流和时间的影响。通过对变质层厚度及其影响因素的拟合分析,得到了预测变质层厚度的拟合公式。304不锈钢变质层的厚度可以达到10~12μm;GCr15轴承钢变质层厚度可达到20μm;316不锈钢变质层厚度约为20μm;而420不锈钢变质层厚度最厚可达到8~10μm。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG580.6;TG661

【参考文献】