Качество электрохимической обработки

Итоговый результат обработки поверхности, и его качество электрохимической обработки, определяет специфика процесса электрохимической обработки (ЭХО).

Благодаря ему, формирование микрорельефа поверхности во многом определяется структурой обрабатываемого материала, химическим составом, концентрацией, температурой, а так же скоростью движения электролита. В отличии от обработки резанием, при которой приходится учитывать ещё такие вещи, как тепловой и световой факторы.

Поверхностный слой рельефа образуется после электрохимического анодного растворения материала, и благодаря химическому воздействию среды.

Являясь одной из самых важных геометрических характеристик усталостной прочности, шероховатость обработанной поверхности изменяется в довольно больших диапазонах, от Rz 40 мкм до Ra 0,002 мкм. На данные диапазоны влияют  параметры режима микросекундной ЭХО , а так же от их условий. Благодаря чему, уровень развития ЭХО на сегодняшний день, превосходит большую часть способов финишной обработки, или сравним с ними, по достижимым выходным показателям.

Но шероховатость поверхности не является единственной, а уж тем более главной оценкой её работоспособности. Например, при циклических нагрузках, форма микронеровностей и степень однородностей шероховатости, представляет собой наибольший интерес.

Микроимпульсная электрохимическая обработка стали позволяет создать микрорельеф с намного более плавным контуром неровностей, чем такие способы, как фрезерование или шлифование. При отсутствии макродефектов типа «струйности» и наследственной шероховатости, её параметры после ЭХО более не зависят от принятого направления измерения, благодаря чему ЭХО можно выгодно отличить от метода обработки резанием, при котором определённая направленность рисок от лезвия инструмента является одной из основополагающих особенностей.

Причина межкристаллитного растравливания кроется в электрохимической гетерогенности основы и границ зерна, а так же в различиях их химического состава, структуры и напряжённости материала. Снижение растравливания по границам зёрен при высокой плотности тока, которая характерна для микросекундной ЭХО и низкой температуре электролита объясняется тем, что в прианодном слое из-за увеличения вязкости электролита затормаживаются диффузионные процессы и, как следствие, разность потенциалов и скоростей растворения на различных участках поверхности сплава уменьшается.

Впрочем, стоит отметить, что некоторая критическая плотность тока всё же существует, и выше неё растравливание не наблюдается. К примеру, для никелевых сплавов она находится в пределах 20…60 А/см² но это, в основном, зависит от марки сплава.

На катоде, в процессе электрохимической обработки, выделяется водород, который возникает, являясь результатом реакции восстановления и разложения молекул воды.

К примеру, с повышением скважности и плотности тока, увеличением показателя рН до 10… 12 снижается наводораживание титановых сплавов. Согласно экспериментам, технически чистый титан не наводораживается под воздействием высокой плотности амплитудного тока ( j>200А/см²) и микросекундных (50-500мск) импульсов.

Под воздействием ЭХО сталь и никеливые сплавы почти не наводораживаются, ведь при нормальной температуре, а так же при давлении, водород выделяется из стали, из-за того, что растворение водорода в никелевых сплавах и стали носит в себе эндотермический характер.

Поверхностный наклёп, который фактически неизбежен при механической обработке деталей, является всего лишь результатом тепловыделения в зоне обработки и исходом пластических деформаций. А обработка ЭХО, в свою очередь, создаёт предпосылки к отсутствию поверхностного наклёпа, подтверждая это результатами рентгеноструктурного анализа и измерения микротвёрдости.

Так же, необходимо отметить понижение рассеяния на усталостную прочность в результате испытаний , свойственное методу ЭХО. А поскольку именно на минимальные значения долговечности обычно ориентируются при расчётах, эту особенность стоит учесть, как одно из преимуществ электрохимической обработки. Доказательством этому может послужить однородность шероховатости обработанной поверхности, а так же отсутствие остаточных на ней любых напряжений в поверхностном слое.

Помимо всего прочего, для обработанных механическими методами поверхностей свойственны такие важные для усталостной прочности свойства, как отдельные дефекты микропрофиля, включающие в себя царапины, задиры и поверхностные остаточные напряжения. Впрочем, с этим тоже может справится ЭХО, позволяя создать поверхностные слои из химических элементов, входящих в состав обрабатываемого материала в качестве легирующих, на обрабатываемых поверхностях деталей. Этим можно повысить содержание хрома в поверхностном слое, при ЭХО хромсодержащих сталей и сплавов, например.А повышение количества хрома, в свою очередь, на любой обработанной поверхности после биполярной микросекундной электрохимической обработки хромсодержащих сталей, подтверждает все результаты определения химического состава поверхностного слоя, которые были проведены с помощью различных методов. Они показывают, что обогащенный хромом поверхностный слой имеет более гораздо более сглаженный микрорельеф и в то же время, меньшую шероховатость.

С использованием поверхностей, содержащих хром, в сопряженных парах трения, формообразующих оснастки (пуансоны, матрицы) и др. снижаются коэффициенты трения, а так же повышается усталостная прочность, коррозионная стойкость, и износостойкость. К примеру, стойкость пуансонов, изготовленных на станках SFE из инструментальной стали, которые использовались при изготовлении крепежных изделий, повышается в 10…30 раз по сравнению с пуансонами, выполненными по классической технологии.