[发明专利]超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料表面处理的工艺，特别涉及超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化工艺。

背景技术

基于电加工方式的电火花脉冲放电表面强化技术是表面强化技术的重要组成部分，具有设备简单、操作容易、成本低等优点，可广泛用于模具、刀具及机械零件的表面强化和磨损部位的修补，具有很大的应用空间。国内外学者对其强化工艺、电极材料的选择及其相关理论进行了深入的研究。研究表明，强化后的工件表面显微硬度、耐磨性、耐腐蚀性得到了极大提高，但强化层在工件表面分布不均匀，极大限制了该项技术的应用。在金属或合金的结晶过程中引入超声振动，可以细化晶粒、均化组织，从而提高材料的性能。本发明以65Mn钢表面硅电极超声振动辅助电火花脉冲放电强化为研究对象，将电火花脉冲放电表面强化技术与超声振动技术相结合，利用超声振动进一步改善表面强化层的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化工艺，以超声振动和电火花脉冲放电表面强化技术相结合为研究对象，选择合适的参数，提高强化层的质量。

本发明采取的技术方案为：

超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化工艺：选用淬火后中温回火处理的65Mn钢为工件电极，单晶Si为工具电极，在工具电极上附加超声振动装置辅助电火花表面强化，以煤油为工作液，利用电火花加工机床对65Mn钢进行正极性电火花表面强化，强化电参数为：4.2μs≤脉宽＜7.5μs，脉宽脉间比为0.21～0.56；3.2A≤峰值电流＜14.2A，强化时间15～25min，工具电极的辅助超声振动超声振幅范围1～12μm，频率范围15～60kHz。

所述的超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化工艺，优选步骤如下：

选用淬火后中温回火处理的65Mn钢为工件电极，单晶Si为工具电极，在工具电极上附加超声振动装置辅助电火花表面强化，以煤油为工作液，利用电火花加工机床对65Mn钢进行正极性电火花表面强化，强化电参数为脉宽4.2μs，脉间18μs，峰值电流5.6A，加工时间15min；工具电极的辅助超声振动超声振幅范围1～12μm，频率范围15～60kHz。

本发明的强化工艺在超声振动辅助硅电极电火花脉冲放电表面强化65Mn钢中，工具电极辅助超声振动对表面强化层的表面质量有显著影响。选择合适的超声振动振幅和频率，可以提高强化层的表面粗糙度，改善强化层的表面形貌，使强化层厚度分布更为均匀致密，增加强化相的数量。强化层表面粗糙度随超声振动振幅的增加而增大，在中频低振幅条件下表面粗糙度最佳；在低振幅条件下可以获得强化层厚度分布均匀致密的强化层。强化层的显微硬度、耐磨性和表面Si含量均有所提高。

本发明将超声技术与电火花脉冲放电表面强化技术相结合，在基于电火花加工表面强化的过程中引入超声振动技术，在工具电极或者工件上辅助超声振动，使电火花表面合金化生成的的表面强化层厚度分布均匀，性能得到进一步改善，进一步提高了电火花脉冲放电表面强化技术的应用范围。

附图说明

图1超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化示意图；

图2超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化表面粗糙度；

图3超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化层表面3D形貌，(a)未辅助超声振动(b)辅助中频低振幅超声振动，(c)辅助高频高振幅超声振动；

图4超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化表面形貌，(a)未辅助超声振动，(b)低频率、低振幅，(c)低频率、高振幅，(d)中频率、低振幅，(e)中频率、中振幅，(f)高频率、低振幅，(g)高频率、高振幅；

图5未辅助超声振动电火花脉冲放电表面强化表面EDS，(a)Wt％(C，11.6；Si，6.19)；(b)Wt％(C，7.41；Si，8.50)；

图6超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化截面形貌，(a)未辅助超声振动，(b)辅助高频低振幅超声振动，(c)辅助高频高振幅超声振动；

图7超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化层截面厚度；

图8超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化层Si含量；

图9超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化层相结构，(a)未辅助超声振动，(b)辅助高频低振幅超声振动，(c)辅助高频高振幅超声振动；

图10超声振动辅助电火花表面强化层表面显微硬度；

图11超声振动辅助电火花表面强化层磨损曲线。

具体实施方式

实施例1