碳化钨(WC-10%Co)是一种广泛应用于冲模与凹模制造的材料,其应用范围仍在快速的扩展之中。同时,它也被认为是微细电火花加工领域里最合适的电极材料。碳化钨的超高硬度、耐磨性和极高的机械强度,令其非常适合一些特殊的应用要求。因为传统的加工方式对碳化钨无能为力,所以特种加工就成了最佳的选择。在各类特种加工方式当中,电火花线切割加工是最为合适的。它利用电极与工件之间的火花放电作用产生高温去除加工物,由于两者之间没有直接解触,不会在工件或者电极内形成传统机加方式无法避免的材料内应力。
线切割放电加工时,在电极与工件之间产生的火花释放出大量热能,将周围的物质迅速汽化而形成空泡。空泡会对工件表面的电蚀坑产生两种作用力:正压和负压。负压所造成的拉扯力加速了材质被汽化的过程,将更多的熔融颗粒吸入电介质(加工液)中;正压会形成对电蚀坑的冲击力,进而造成更多的金属熔融颗粒被打出蚀坑之外。电火花放电过程中,在工件的加工面上会受到热效应对其较浅层面的影响,同时还伴随着加工液对工件的快速淬火作用。这些热能的扩散、熔融态材料再凝固时的收缩力以及热效应的共同作用,成为工件出现微观裂缝的主要原因。个别裂缝甚至会扩展到基材层,导致金属冶金态的重组,形成所谓的“重硬化回火层”或“热影响区”。通过扫描电子显微镜对加工横截面进行观察,可以看出加工中脉冲强度的大小对微观裂纹形成所造成的影响。当火花强度最低的时候(I=11Amp,Ton=1us),加工表层的横截面看不到裂纹(图一),在火花强度增加至中等强度的时候,表层横截面上开始出现极细的放射状并横向扩展的裂纹(图二),其深度在420um,横向长度约800um。放电加工时,碳化钨(钴黏合剂类)受高温而熔解。钴的熔点和汽化温度较低,分别为1320℃和2700℃;碳化钨的熔点和汽化温度则较高,分别达到2800℃和6000℃。这就意味着碳化钨颗粒熔化前,做为黏合剂的钴成分已经熔解并汽化了。由于钴、碳化钨和含钴10%的碳化钨各自的热膨胀系数不同,分别为1.4×10-5/k,5.0×10-6/k,和5.2×10-6/k,可以看出钴的系数明显高出另外两种材料很多,所以在其凝固并淬火的过程里会产生热应力,远大于蚀坑部位材料的断裂极限值,造成表层出现微观裂纹。 |