18CrNiMo7-6鋼熱處理狀態(tài)對電解質(zhì)量的影響

楊 靜，周大能，吳文斌，冉啟燕，范希杰，楊 歡

(重慶紅江機(jī)械有限責(zé)任公司，重慶 402162)

我公司在電解加工某型套筒的進(jìn)回油孔時(shí)發(fā)現(xiàn)孔壁表面粗糙度很差，無法滿足客戶要求，通過反復(fù)調(diào)試電解參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)仍無法解決，之后對電解部位進(jìn)行了金相分析，并在電解前采用調(diào)質(zhì)處理，以此對比不同熱處理狀態(tài)對電解粗糙度的影響，最終解決了這一難題，滿足了客戶要求。本文對上述過程進(jìn)行歸納總結(jié)，分析了上述現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理，并將電解前調(diào)質(zhì)處理作為解決此類問題的有效方法，為公司解決同類問題提供了依據(jù)。

1 試驗(yàn)件及試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)件

試驗(yàn)材料為18CrNiMo7-6鋼，化學(xué)成分如表1所示，試驗(yàn)件電解加工部位結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 18CrNiMo7-6鋼化學(xué)成分光譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1.2試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)擬對試驗(yàn)件在電解加工參數(shù)不變的條件下，改變工件的熱處理狀態(tài)進(jìn)行電解加工試驗(yàn)，一種是在交貨態(tài)，即軋退火態(tài)，另一種是調(diào)質(zhì)態(tài)，對比不同的熱處理狀態(tài)對電解加工的影響。軋退火態(tài)試件的金相組織如圖2所示，金相組織主要由鐵素體和珠光體組成，表面硬度為17～20 HRC。調(diào)質(zhì)后試件的金相組織照片如圖3所示，金相組織主要為回火索氏體，表面硬度為25～27 HRC，調(diào)質(zhì)工藝曲線如圖4所示[1]。

圖1 加工部位形狀Fig.1 Shape of processing position

圖2 18CrNiMo7-6鋼退火態(tài)金相組織Fig.2 Microstructure of annealed 18CrNiMo7-6 steel

圖3 18CrNiMo7-6鋼調(diào)質(zhì)態(tài)金相組織Fig.3 Microstructure of quenched and tempered 18CrNiMo7-6 steel

2 電解加工設(shè)備及基本原理

2.1電解加工設(shè)備

本試驗(yàn)采用的是埃馬克CI400電解加工機(jī)床，如圖5所示，該設(shè)備直流電源400～2500 A，電源400～1600 A，加工區(qū)域1150 mm×950 mm，夾持區(qū)域1300 mm×800 mm×900 mm，加工后工件表面粗糙度可達(dá) Rz 0.2/Ra 0.05(取決于材料)[2]。

圖4 18CrNiMo7-6鋼調(diào)質(zhì)工藝曲線Fig.4 Quenched and tempered process curves of 18CrNiMo7-6 steel

圖5 電解加工機(jī)床Fig.5 Electrolytic machining machine tool

2.2電解加工基本原理

電解加工屬于電化學(xué)加工的一種，它是一種利用電解原理進(jìn)行加工的技術(shù)[3]。在電解加工時(shí)，陰極作為刀具和直流電源的負(fù)極連接，待加工工件則作為陽極和電源正極相連，兩個(gè)電極之間充滿電解液[4]。在電解液中刀具陰極和工件陽極之間進(jìn)行電荷交換，陽極工件被溶解，同時(shí)電解產(chǎn)物被電解液沖走，直至陽極工件表面形成與陰極刀具型面近似相反的形狀為止，此時(shí)即加工出所需的零件表面[5]。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1兩種熱處理狀態(tài)下的電解加工對比

工件由退火態(tài)和調(diào)質(zhì)態(tài)經(jīng)電解后的表面質(zhì)量如圖6、圖7所示。

3.2兩種熱處理狀態(tài)下的電解結(jié)果分析

由圖6、圖7可以看出，工件在退火態(tài)和調(diào)質(zhì)態(tài)進(jìn)行電解，其外觀質(zhì)量有明顯不同，退火態(tài)電解工件外觀粗糙，調(diào)質(zhì)態(tài)電解外觀光滑。由此可見，工件電解前的熱處理狀態(tài)對電解加工質(zhì)量有很大影響。18CrNiMo7-6鋼退火態(tài)是多相組織，有珠光體和鐵素體，其中珠光體相的選擇性溶解作用較強(qiáng)，而鐵素體相的存在，減弱了這種作用，使電流效率降低[6]。另外，兩種相的存在，其溶解過程中的電極電位不同，導(dǎo)致工件在電解過程中不能均勻溶解，因此出現(xiàn)電解后表面質(zhì)量較差的情況[7]。而18CrNiMo7-6鋼在調(diào)質(zhì)態(tài)僅為單一的回火索氏體組織，電解中溶解條件一致，故表面質(zhì)量較好。

圖6 電解后的表面質(zhì)量照片(退火態(tài))Fig.6 Photographs of surface quality after electrolysis(annealed state)

圖7 電解后的表面質(zhì)量照片(調(diào)質(zhì)態(tài))Fig.7 Photographs of surface quality after electrolysis(quenched and tempered state)

4 結(jié)論

1)18CrNiMo7-6鋼工件熱處理狀態(tài)是影響電解表面質(zhì)量的重要因素。

2)18CrNiMo7-6鋼工件在退火態(tài)和調(diào)質(zhì)態(tài)進(jìn)行電解加工，其表面質(zhì)量顯著不同，退火態(tài)工件表面粗糙度差，紋路明顯；而調(diào)質(zhì)態(tài)工件電解后表面光滑，未見明顯紋路，表面質(zhì)量較好。因此，該材料電解前進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理可以改善電解后表面質(zhì)量。

3)18CrNiMo7-6鋼在不同熱處理狀態(tài)條件下進(jìn)行電解加工其表面質(zhì)量有較大差異，這是因?yàn)椴煌慕鹣嘟M織在電解過程中電極電位不同，造成工件在電解過程中出現(xiàn)不均勻溶解。