42 / 142
Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 1. 2017
Innovative Technologies
in Mechanical Engineering
____________________________________________________________________
42
Теория
Одной из разновидностей ЭМО используемой для повышения износостойкости узлов
трения машин является комбинированная фрикционно-электрическая обработка –
фрикционно-электрическое модифицирование (ФЭМ) [2], включающая высокоэнергетическое
воздействие через промежуточную среду - модификатор, на исходную структуру
поверхностного слоя. В качестве модификатора используются смеси порошков различных
твердых смазок - дисперсные порошки, например, скрытокристаллического графита (СКГ),
дисульфида молибдена, меди, оловянисто-свинцовистой бронзы и другие, а также их смеси в
различных пропорциях с поверхностно-активным веществом.
Тепловые явления, происходящие при ФЭМ, связаны с выделением теплоты вследствие
прохождения электрического тока, трения инструмента об обрабатываемую деталь,
деформированием металла в поверхностном слое, теплообменом между инструментом и
обрабатываемой поверхностью, теплопередачей в окружающую среду и внутрь металла.
Наибольшее значение имеют теплота, выделяемая при прохождении электрического тока через
зону контакта детали и инструмента, а также обусловленная трением инструмента об
обрабатываемую деталь. Эти два потока теплоты создают в материале микрообъемы с
температурой, которая существенно влияет на упругопластические свойства материала в
данном объеме, температура нагрева контактной зоны детали может превосходить
критическую точку А
1
, вызывая фазовые превращения, температура завершения которых
смещается вверх по температурной шкале тем выше, чем выше скорость электроконтактного
нагрева. Поэтому для случая нагрева до температур подкритического интервала упрочнение
может быть достигнуто за счет холодного, полугорячего или горячего наклепа. При нагреве же
до температур фазовых превращений и последующей высокой скорости охлаждения,
определяемой интенсивностью отвода тепла от тонкого поверхностного слоя в тело детали, к
структурным изменениям, происходящим при пластической деформации, добавляются
структурные изменения, вызванные фазовыми превращениями. Естественно, что оба фактора
влияют на упрочнение, которое в последнем случае напоминает высокотемпературную
термомеханическую поверхностную обработку. Наличие модификатора, в обоих случаях,
оказывает неоднозначное влияние на технологический процесс упрочнения, однако вызывает
характерные
изменения
в
поверхностном
слое
способствующие
повышению
триботехнических характеристик.
На взаимосвязь температуры и скорости нагрева при фазовых превращениях указывают
авторы работы [3]. От скорости нагрева зависит содержание углерода в закаленной структуре.
Так, при закалке стали 40 при скоростях нагрева 50, 130 и 230°С/с массовая доля углерода в
мартенсите составляет соответственно 1,45; 1,6 и 1,67%. При ФЭМ скорость нагрева и
охлаждения значительно превышает 400°С/с, что способствует неполному аустенитному
превращению, но в то же время под действием высоких давлений структура поверхностного
слоя настолько измельчается, что превращение происходит даже при высоких скоростях.
Наличие давления в процессе обработки замедляет развитие мартенситных игл в аустенитном
зерне и приводит к получению мелкодисперсной структуры [4].
Рассматривая влияние давления при ФЭМ, следует учитывать, что основное тепловое
воздействие на поверхностный слой обусловлено прохождением электрического тока.
Увеличение давления понижает сопротивление контакта, соответственно уменьшая
электрическую мощность и глубину упрочнения. Можно предположить, что отрицательное
действие давление будет оказывать в случае, когда сила тока имеет большое значение, что
характерно для упрочняющих режимов. Если сила тока имеет малое значение, то высокое
давление может привести к повышению температуры у самой поверхности в связи с уве-
личением теплоты, выделяемой при трении, что способствует полноте фазового превращения и
повышению механических свойств стали.