5.3. Исследование влияния основных показателей гко на остаточные напряжения в покрытии

Известно, что при малых плотностях тока до (12 кА/м² ) в покрытиях формируются сжимающие остаточные напряжения, которые с повышением плотности тока переходят в растягивающие и, начиная с плотности тока 18 кА/м² стабилизируются [11]. Наблюдаемую зависимость можно объяснить следующим образом. Многократное пластическое деформирование каждого элементарного слоя вызывает в нем появление сжимающих остаточных напряжений, которые суммируются с собственными растягивающими остаточными напряжениями в каждом элементарном слое хрома, обусловленными структурными превращениями в осадке. При малой плотности тока (соответственно малой скорости осаждения), когда формируются тонкие элементарные слои осадка, были получены сжимающие результирующие остаточные напряжения. С увеличением плотности тока а, следовательно, и скорости осаждения, растет толщина элементарных слоев, а глубина упрочненного слоя при неизменном усилии деформации остается прежней. В связи с этим уменьшается доля сжимающих остаточных напряжений в каждом слое за счет того, что каждый элементарный слой деформируется меньшее количество раз, поэтому результирующие остаточные напряжения из сжимающих, уменьшаясь по абсолютной величине, переходят в растягивающие. Этот процесс может усиливаться тем, что увеличение плотности тока приводит к некоторому увеличению выделения водорода на катоде, который активно адсорбируется на гранях растущих кристаллов металла, что в свою очередь, может способствовать увеличению растягивающих остаточных напряжений в хроме [70]. Стабилизация растягивающих напряжений с повышением плотности тока объясняется растрескиванием хромового покрытия в результате превышения остаточными напряжениями предела прочности хрома.[70].

Таблица 5.3

Результаты эксперимента

№ экспер.		i	T	P
1 2 3 4 5 6 7 8	7.00 7.50 17.00 15.00 19.00 22.00 24.00 26.00	10.0 10.0 10.0 10.0 20.0 20.0 20.0 20.0	324 333 324 333 324 333 324 333	0.5 0.5 1.5 1.5 0.5 0.5 1.5 1.5

Для изучения влияния электролиза на остаточные напряжения получаемых покрытий применялось математическое планирование эксперимента [1]. Был реализован полный факторный эксперимент 2³. Характеристики плана эксперимента выбирались из условий получения беспористых хромовых покрытий со сжимающими остаточными напряжениями.

Частота вращения образцов и скорость возвратно-поступательного движения инструмента поддерживались на постоянном уровне и составляли соответственно 70 об/мин и 120 дв.х./мин. В качестве зависимой переменной была взята  (остаточные напряжения в покрытии) кг/см².

Матрица планирования, результаты экспериментов представлены в таблице 5.3, а результаты расчетов пошаговой множественной регрессии представлены в приложении 4.

Значение параметра оптимизации для восьми экспериментальных точек плана находилось как среднее арифметическое из 3-х параллельных экспериментов. Реализация экспериментов осуществлялась по таблице случайных чисел. Для оценки дисперсии воспроизводимости дополнительно в центре плана ставилось еще четыре параллельных эксперимента.

В результате расчета пошаговой множественной регрессии с применением пакета “Statistika” получено линейное уравнение, описывающее зависимость остаточных напряжений в покрытии от исследуемых факторов:

 = 38,063 – 1,11i – 0,09T – 6,63P

Корреляционный анализ позволил выявить, что зависимость остаточных напряжений от исследуемых факторов линейная, а связь между ними довольно сильная - множественный коэффициент корреляции достигает значения 0,977.

Анализируя корреляционную матрицу, видим /приложение 4 /, что наибольшее значение на остаточные напряжения в покрытии оказывает плотность тока /коэффициент корреляции - 0,837/ и удельное давление инструмента /коэффициент корреляции - 0,499/. Менее значительно влияет на остаточные напряжения в покрытии температура электролита /коэффициент корреляции - 0,066/.

После проверки значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента, выяснилось, что коэффициент регрессии при температуре электролита оказался незначимым, т.к. вычисленное значение критерия Стьюдента оказалось меньше табличного.

Учитывая, что коэффициент регрессии при температуре электролита оказался незначимым, с некоторым приближением уравнение регрессии можно записать в виде:

 = 38,063 – 1,11i – 6,63P

Однако, для более строгого учета влияния режимных параметров восстановления на остаточные напряжения в получаемых покрытиях удобнее пользоваться полным уравнением регрессии.

При анализе влияния исследуемых факторов на остаточные напряжения в хромовом покрытии из полного уравнения регрессии следует, что увеличение плотности тока ведет к уменьшению знака остаточных напряжений по абсолютной величине, вплоть до изменения знака , что согласуется с теоретическими и экспериментальными исследованиями, изложенными в [11].

Рост давления инструмента на обрабатываемую поверхность ведет к изменению остаточных напряжений: из растягивающих они переходят в сжимающие. Это видимо объясняется тем, что, во-первых, при увеличении давления глубина деформации элементарного слоя увеличивается, а, следовательно, увеличивается общая степень деформации растущего осадка, что ведет к устранению растягивающих и появлению сжимающих остаточных напряжений; во-вторых, увеличение давления инструмента на восстанавливаемую поверхность приводит к более интенсивному массовому внедрению инструментального материала в покрытие, что приводит к изменению кристаллической решетки осаждаемого слоя, и как следствие – препятствие развитию растягивающих остаточных напряжений в покрытии.

С ростом температуры электролита наблюдается следующая зависимость: с увеличением температуры скорость осаждения уменьшается, следовательно, уменьшается толщина элементарного слоя, что при неизменном усилии деформирования приведет к большему пластическому деформированию каждого элементарного слоя, что и вызывает возникновение больших результирующих остаточных напряжений сжатия в покрытии. Кроме того, этот процесс может усиливаться за счет того, что с увеличением температуры растет пластичность осаждаемых покрытий.