專利名稱：65Mn鋼電火花脈沖放電表面強(qiáng)化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料表面處理的工藝，特別涉及65Mn鋼電火花表面強(qiáng)化工藝。
背景技術(shù)：
電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電 材料的特種加工方法。傳統(tǒng)電火花表面強(qiáng)化技術(shù)是直接利用高能量密度的電能對工件表面 進(jìn)行強(qiáng)化處理，通過火花放電作用將電極材料熔滲進(jìn)工件的表層，形成合金化的表面強(qiáng)化 層，使工件性能得到改善的工藝方法，這種方法存在較多缺點(diǎn)。而基于電火花加工方法的表 面強(qiáng)化技術(shù)是在普通電火花加工機(jī)床上進(jìn)行，能夠形成致密且硬度高的強(qiáng)化層。眾多學(xué)者 的研究表明，在普通電火花加工機(jī)床上，應(yīng)用正極性加工，在小電流和窄脈寬條件下，可以 獲得性能良好的表面強(qiáng)化層，強(qiáng)化層的顯微硬度、耐磨性和耐腐蝕性都有了較大提高。強(qiáng)化層組織結(jié)構(gòu)和表面性能隨強(qiáng)化參數(shù)和電極材料的不同而變化。如下文獻(xiàn)分別 利用在工作液中添加粉末、利用壓結(jié)體或燒結(jié)體電極進(jìn)行電火花表面強(qiáng)化，對電火花脈沖 放電強(qiáng)化層的表面組織和性能進(jìn)行了深入的研究。研究表明，強(qiáng)化后的工件表面性能得到 了顯著提高，但是強(qiáng)層中存在的裂紋較多。硅作為半導(dǎo)體，電阻率大，以硅作為工具電極進(jìn) 行正極性電火花表面強(qiáng)化，硅電極消耗大，可以在兩極間充滿大量的粉末，強(qiáng)化過程的熱量 使兩極與煤油中裂解出來的C發(fā)生合金反應(yīng)，在工件表面形成非晶納米晶強(qiáng)化層，通過選 擇合適的強(qiáng)化參數(shù)，可以有效的減少強(qiáng)化層中裂紋。Y. M. Quan,Y. H. Liu,Powder-suspension dielectric fluid for EDM,Journal of Materials ProcessingTechnology,52 (1995)44-54 ；Y. Uno, A. Okada, S. Cetin, Surface Modification of EDMed Surface with Powder Mixed Fluid, in 2ndInternational Conference on Design and Production of Dies and Molds,2001 ；B. H. Yan, Y. C. Lin, F. Y. Huang, C. H. Wang, Surface modification of SKD 61 during EDM with metal powderin the dielectric, Materials Transactions, 42(2001)2597-2604。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種65Mn鋼電火花表面強(qiáng)化工藝，在普通電火花加工機(jī)床 上，以硅為工具電極，在65Mn鋼表面進(jìn)行電火花表面強(qiáng)化，通過選擇合適的強(qiáng)化參數(shù)，有效 減少強(qiáng)化層中的顯微裂紋，在65Mn鋼表面形成非晶納米晶強(qiáng)化層，顯微硬度、耐磨性和耐 腐蝕性有了顯著提高。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為65Mn鋼電火花表面強(qiáng)化工藝，步驟如下選用淬火后中溫回火處理的65Mn鋼為工件電極，單晶Si為工具電極，以煤油為工 作液，利用電火花加工機(jī)床對65Mn鋼進(jìn)行正極性電火花表面強(qiáng)化，強(qiáng)化參數(shù)為4. 2 μ s <脈寬< 7. 5 μ s，脈寬脈間比為0. 21 0. 56 ；3. 2Α彡峰值電流< 14. 2Α ；強(qiáng)化時(shí)間根據(jù)強(qiáng)化 層厚度和表面粗糙度的要求選取15 25min。所述的65Mn鋼電火花表面強(qiáng)化工藝，優(yōu)選步驟如下選用淬火后中溫回火處理的65Mn鋼為工件電極，單晶Si為工具電極，以煤油 為工作液，利用電火花加工機(jī)床對65Mn鋼進(jìn)行正極性電火花表面強(qiáng)化，強(qiáng)化參數(shù)為脈寬 4. 2 μ s，脈間18 μ s，峰值電流5. 6Α，強(qiáng)化時(shí)間15min。本發(fā)明通過大量的試驗(yàn)分析，得出如上技術(shù)方案，實(shí)驗(yàn)分析見如下過程(1)設(shè)定脈寬4. 2 μ s，脈間18“8，峰值電流5.6々，在3 251^11時(shí)間范圍內(nèi)選取 不同時(shí)間進(jìn)行表面強(qiáng)化。在15min時(shí)強(qiáng)化層厚度為最大6 μ m,表面粗糙度在25min時(shí)為最 低值240nm，在15 25min范圍內(nèi)變化較小，所以我們設(shè)定強(qiáng)化時(shí)間為15min ；(2)在脈寬4. 2μ s，脈間18ys，加工時(shí)間15min條件下，在峰值電流為3. 2 14. 2A內(nèi)選取不同電流進(jìn)行表面強(qiáng)化。強(qiáng)化層厚度和表面粗糙度隨峰值電流的增大而增大， 在峰值電流為14. 2A條件下，強(qiáng)化層表面出現(xiàn)較多空穴和顯微裂紋；(3)在脈寬4. 2 μ s，峰值電流5. 6Α，強(qiáng)化時(shí)間15min條件下，在脈間為7. 5 32 μ s 范圍內(nèi)選取不同脈間表面強(qiáng)化。強(qiáng)化層表面粗糙度隨脈間的增大而增大，強(qiáng)化層厚度在 15 20 μ S范圍內(nèi)保持不變達(dá)到最大值5 μ m，所以我們設(shè)定脈寬4. 2 μ S時(shí)脈間18 μ S ；(4)在峰值電流5. 6A，強(qiáng)化時(shí)間15min，脈間18 μ s下，在脈寬為2. 4 10 μ s范圍 內(nèi)進(jìn)行選取不同脈寬表面強(qiáng)化。強(qiáng)化層厚度隨脈寬的增大而線性增大，表面粗糙度基本上 隨脈寬的增大而減小，但在脈寬為2. 4μ S條件下，合金反應(yīng)不充分，表面粗糙度較差；在脈 寬為7. 5 μ S條件下，強(qiáng)化層表面出現(xiàn)裂紋。本發(fā)明的強(qiáng)化工藝在65Μη鋼表面制備了一種與基體呈良好冶金結(jié)合的非晶納米 晶強(qiáng)化層，強(qiáng)化層與基體結(jié)合力強(qiáng)，厚度約5 μ m ；表面強(qiáng)化層由非晶納米晶組成，晶粒尺寸 在20-100nm左右，強(qiáng)化層顯微裂紋顯著較少；表面強(qiáng)化層硬度、耐磨性、耐腐蝕性較基體有 了較大提高。


圖1電火花脈沖放電表面強(qiáng)化層的SEM圖片，(a)是強(qiáng)化層表面形貌圖，(b)為(a) 的局部放大圖；(c)、(d)為強(qiáng)化層表面形貌2電火花表面強(qiáng)化層線掃描圖；圖3電火花表面強(qiáng)化層的XRD圖譜；圖4電火花脈沖放電表面強(qiáng)化層的TEM形貌；圖5電火花表面強(qiáng)化層截面形貌；圖6 MRH-3型高速環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)原理圖；圖7基體與電火花表面強(qiáng)化層表面的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖8電火花表面強(qiáng)化試樣王水中腐蝕后形貌(a)宏觀形貌，(b)截面形貌。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1工件電極為淬火后中溫回火處理的6 5Mn鋼，其原始組織為回火屈氏體，尺寸為
4IOOmmX 12mmX0. 5mm。工具電極采用單晶 Si，含量為 99. 999%,尺寸為 12mmX 12mmX20mm。 實(shí)驗(yàn)機(jī)床為北京阿奇夏米爾SF201電火花精密成形加工機(jī)床，在煤油中對65Mn鋼進(jìn)行正極 性電火花表面強(qiáng)化。強(qiáng)化參數(shù)為脈寬4. 2 μ s，脈間18 μ s，峰值電流5. 6Α，強(qiáng)化時(shí)間15min。實(shí)施例2工件電極為淬火后中溫回火處理的6 5Mn鋼，其原始組織為回火屈氏體，尺寸為 IOOmmX 12mmX0. 5mm。工具電極采用單晶 Si，含量為 99. 999%,尺寸為 12mmX 12mmX20mm。 實(shí)驗(yàn)機(jī)床為北京阿奇夏米爾SF201電火花精密成形加工機(jī)床，在煤油中對65Mn鋼進(jìn)行正極 性電火花表面強(qiáng)化。強(qiáng)化參數(shù)為脈寬5. 6 μ s，脈間24 μ s，峰值電流3. 2Α，強(qiáng)化時(shí)間18min。實(shí)施例3工件電極為淬火后中溫回火處理的65Mn鋼，其原始組織為回火屈氏體，尺寸為 IOOmmX 12mmX0. 5mm。工具電極采用單晶 Si，含量為 99. 999%，尺寸為 12mmX 12mmX20mm。 實(shí)驗(yàn)機(jī)床為北京阿奇夏米爾SF201電火花精密成形加工機(jī)床，在煤油中對65Mn鋼進(jìn)行正極 性電火花表面強(qiáng)化。強(qiáng)化參數(shù)為脈寬7. 2 μ s，脈間12. 8μ s,峰值電流11Α，強(qiáng)化時(shí)間25min。測試實(shí)驗(yàn)將上述實(shí)施例強(qiáng)化后的試樣切割成12mmX12mmX0.5mm。用場發(fā)射掃描電鏡 (SEM)、X射線能譜儀(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀對表面強(qiáng)化層進(jìn)行表面 和截面形貌、成分、組織結(jié)構(gòu)分析；用MH-6型顯微硬度計(jì)測定表面強(qiáng)化層的顯微硬度；用 MFT-4000型多功能材料表面性能試驗(yàn)機(jī)測定表面強(qiáng)化層結(jié)合力；用MRH-3型高速環(huán)塊摩擦 磨損試驗(yàn)機(jī)測定強(qiáng)化層的耐磨性；用王水對表面強(qiáng)化層進(jìn)行耐腐蝕性試驗(yàn)。強(qiáng)化層的SEM圖片如圖1，(a)是實(shí)施例1強(qiáng)化層表面形貌圖，可知，強(qiáng)化層由一層 層的圓盤疊加而成，表面層平整，沒有明顯的裂紋。對圓盤進(jìn)行局部放大，如圖(b)所示，未 見有細(xì)小的晶體析出。(c)、(d)分別為實(shí)施例2、3的表面形貌圖。對表面強(qiáng)化層進(jìn)行能譜分析，所得能譜分析結(jié)果如表1所示，從中看到表面強(qiáng)化 層主要由Fe、C、Si三種元素組成。其中C、Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)比65Mn鋼基體由了明顯提高，其中 的C主要來自于煤油中，而Si來自于工具電極。對表面強(qiáng)化層進(jìn)行線掃描能譜分析，從圖 2中可以看到表面強(qiáng)化層元素含量分布較為均勻。表1電火花脈沖放電表面強(qiáng)化層的能譜分析結(jié)果(Weights )
權(quán)利要求
65Mn鋼電火花表面強(qiáng)化工藝，其特征是選用淬火后中溫回火處理的65Mn鋼為工件電極，單晶Si為工具電極，以煤油為工作液，利用電火花加工機(jī)床對65Mn鋼進(jìn)行正極性電火花表面強(qiáng)化，強(qiáng)化參數(shù)為4.2μs≤脈寬＜7.5μs，脈寬脈間比為0.21～0.56；3.2A≤峰值電流＜14.2A；強(qiáng)化時(shí)間根據(jù)強(qiáng)化層厚度和表面粗糙度的要求選取15～25min。
2.按照權(quán)利要求1所述的65Mn鋼電火花表面強(qiáng)化工藝，其特征是所述的強(qiáng)化參數(shù)為 脈寬4. 2 μ s，脈間18 μ s，峰值電流5. 6Α，強(qiáng)化時(shí)間15min。
全文摘要
本發(fā)明公開了65Mn鋼電火花表面強(qiáng)化工藝，選用淬火后中溫回火處理的65Mn鋼為工件電極，單晶Si為工具電極，以煤油為工作液，利用電火花加工機(jī)床對65Mn鋼進(jìn)行正極性電火花表面強(qiáng)化，強(qiáng)化參數(shù)為4.2μs≤脈寬＜7.5μs，脈寬脈間比為0.21～0.56；3.2A≤峰值電流＜14.2A；強(qiáng)化時(shí)間根據(jù)強(qiáng)化層厚度和表面粗糙度的要求選取15～25min。通過選擇合適的參數(shù)，在65Mn鋼表面形成非晶納米晶強(qiáng)化層，強(qiáng)化層顯微裂紋較少，顯微硬度、耐磨性和耐腐蝕性有了顯著提高。
文檔編號C21D1/09GK101967537SQ20101052798
公開日2011年2月9日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者宋夕超, 張建華, 張海寧, 董春杰 申請人:山東大學(xué)