Jakost povrchové a podpovrchové vrstvy po WEDM hliníkové slitiny 7475-T7351 včetně analýzy TEM lamely

Quality of Surface and Subsurface Layers after WEDM Aluminum Alloy 7475-T7351 Including Analysis of TEM Lamella

journal article in Web of Science

en

Wire electrical discharge machining (WEDM) is an unconventional machining method indispensable especially for the aeronautical and automotive industries. In this context, the effective manufacturing of high surface quality components from aluminium alloy7475-T7351 requires comprehensive knowledge of the applied production procedures. We therefore performed a designed experiment comprising 33 cycles (with systematic alteration of machine setting parameters such as gap voltage, pulse on time, pulse off time, discharge current, and wire feed), enabling us to evaluate systematically the cutting speeds in the relevant samples. The machined areas were subjected to a thorough analysis involving both the surface and the subsurface layers. The actual topography was assessed using a non-contact profiler, and the entire operation concentrated on 12 parameters within the areal, profile, and basic and bearingprofile categories.To observe the surface relief, we employed several instruments, including the semi-contact atomic force microscopy (AFM) technique;a digital microscope; and a non-contact 3D profiler. Another major step then consisted in examining the morphology and surface defects, a process suitably complemented with a chemical composition analysis (EDX). The distribution of individual elements within the material was investigated in detail using a lamella, whose subsequent inspection relied on atransmission electron microscope (TEM) as the principal tool. To study the subsurface layer and its defects, we prepared metallographic specimens (cross-sections) of the samples and observed them by means of light and electron microscopes.

Elektroerozivní drátové řezání (WEDM) je nekonvenční technologie obrábění, která je nepostradatelná především v leteckém a automobilovém průmyslu. Pro efektivní výrobu dílů z hliníkové slitiny 7475-T7351 s co možná nejvyšší jakostí povrchu je nezbytná komplexní znalost užité výrobní technologie. Z toho důvodu byl v rámci této studie proveden plánovaný experiment obsahující 33 kol (v jehož průběhu byly systematicky měněny parametry nastavení stroje gap voltage, pulse on time, pulse off time, discharge current a wire feed), který umožnil statistické vyhodnocení rychlosti řezání vzorků. Následně byla provedena komlexní analýza obrobených povrchů jednotlivých vzorků zahrnující jak povrchovou tak i podpovrchovou vrstvu. Topografie byla vyhodnocována užitím bezkontaktního profilometru, přičemž bylo zkoumáno celkem 12 parametrů a to konkrétně parametry plošné, profilové, základního a nosného profilu. Reliéf povrchu byl pozorován užitím semikontaktní techniky atomic force microscopy (AFM), digitálním mikroskopem a bezkontaktním 3D profilometrem. Předmětem dalšího zkoumání byla analýza morfologie a povrchpvých defektů včetně analýzy chemického složení (EDX). Za účelem velmi detailního pozorování rozložení jednotlivých prvků v materiálu byla připravena lamela, která byla následně studována užitím transmisního elektronového mikroskopu (TEM). Pro studium podpovrchové vrstvy a jejich defektů byly připraveny metalografické preparáty všech vzorků, které byly pozorovány užitím světelné i elektronové mikroskopie.

Wire electrical discharge machining (WEDM) is an unconventional machining method indispensable especially for the aeronautical and automotive industries. In this context, the effective manufacturing of high surface quality components from aluminium alloy7475-T7351 requires comprehensive knowledge of the applied production procedures. We therefore performed a designed experiment comprising 33 cycles (with systematic alteration of machine setting parameters such as gap voltage, pulse on time, pulse off time, discharge current, and wire feed), enabling us to evaluate systematically the cutting speeds in the relevant samples. The machined areas were subjected to a thorough analysis involving both the surface and the subsurface layers. The actual topography was assessed using a non-contact profiler, and the entire operation concentrated on 12 parameters within the areal, profile, and basic and bearingprofile categories.To observe the surface relief, we employed several instruments, including the semi-contact atomic force microscopy (AFM) technique;a digital microscope; and a non-contact 3D profiler. Another major step then consisted in examining the morphology and surface defects, a process suitably complemented with a chemical composition analysis (EDX). The distribution of individual elements within the material was investigated in detail using a lamella, whose subsequent inspection relied on atransmission electron microscope (TEM) as the principal tool. To study the subsurface layer and its defects, we prepared metallographic specimens (cross-sections) of the samples and observed them by means of light and electron microscopes.

WEDM; lektroerozivní obrábění; hliníková slitina 7475-T7351; morfologie; topografie; TEM lamela; plánovaný experiment

WEDM; electrical discharge machining; aluminium alloy 7475-T7351; morphology; topography; TEM lamella; Design of experiment

01.09.2018

Springer

Spojené království Velké Británie a Severního Irska

1433-3015

99

9

2309–2326

13