Влияние электродных материалов на фазовый состав и толщину покрытия при электроискровом восстановлении стальных деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ТОЛЩИНУ ПОКРЫТИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

INFLUENCE OF ELECTRODE MATERIALS ON STEEL ITEM'S PHASE COMPOSITION AND COVERING THICKNESS IN ELECTROSPARK RETAILORING

Черкасов Е.А., Алимбаева Б.Ш.

Омский автобронетанковый

инженерный институт, Россия

В современных экономических условиях развития машиностроения повышается роль и значение технологий восстановления. При этом, особого внимание заслуживают технологии, которые позволяют повысить уровень ремонтного производства. Сбалансированное обеспечение запасными частями ремонтных подразделений, как показывают технико-экономические показатели, целесообразно осуществлять с учетом периодического восстановления работоспособности деталей [1, 2].

К числу современных технологий восстановления и упрочнения поверхностей металлических деталей относится электроискровая обработка (ЭИО), позволяющая создавать покрытия с уникальными физико-механическими и триботехническими свойствами [3, 4, 5].

Данный метод, основан на явлении электрической эрозии материалов при искровом разряде в газовой среде, полярного переноса продуктов эрозии на деталь, на поверхности которой формируется покрытие измененной структуры и состава. Эффективность этих изменений определяется составом, структурой, свойствами электродных материалов и технологическими режимами обработки. Благодаря значительной гамме материалов, которые можно использовать при ЭИО, этим методом можно в широких пределах изменять механические, триботехнические, электрические и другие свойства рабочих поверхностей деталей машин.

Несмотря на неоспоримые преимущества технологии, использование деталей, обработанных ЭИО, в промышленности весьма незначительно. Широкое применение этого способа сдерживается ограниченной толщиной формируемого покрытия (50…100 мкм), слабой управляемостью процессами, сопровождающими ЭИО.

Целью данной работы является исследование влияния электродных материалов на фазовый состав и толщину покрытий, формируемых на изношенных поверхностях стальных деталей при реализации искровой обработки с различными технологическими режимами.

Для исследования формирования покрытий в качестве объекта экспериментальных исследований использовались образцы из конструкционной легированной стали 15ХГН2ТА, применяемой для изготовления шестерен, осей, валов коробок передач автомобилей, МГКМ и других видов техники.

Искровую обработку образцов осуществляли на установке модели IMES-01-2 с технологическими режимами: емкость конденсаторов С = 34 мкФ и 240 мкФ; напряжение импульса U = 80 В и 160 В; продолжительность обработки t = 3-4 мин/см².

При проведении ЭИО использовали стандартный легирующий электрод марки Т15К6, электрод ИМХ2 с составом 50% WC-Co, 50% Ni-Cr-B-Si и электрод Ш2 с минеральным сырьем Дальневосточного региона на основе TiC с добавками Ni-Cr-Al-ШЛК (шеелитовый концентрат CaWO₄) [6].

Исследование методом рентгенофазового анализа (РФА) было выполнено на дифрактометре D8 Advance (Bruker) в монохроматизированном Cu-K_б излучении в диапазоне углов дифракции 2и = 5⁰-120⁰.

Толщину наносимых покрытий измеряли на горизонтальном оптиметре ИКГ-3.

В табл. 1 приведены значения межплоскостных расстояний и фазовый состав покрытий на образцах 15ХГН2Т, обработанных электродами Т15К6, Ш2 (с добавками шеелитового концентрата) и электродом ИМХ2 с составом 50% WC-Co, 50% Ni-Cr-B-Si.

Расшифровка рентгенограмм показала, что обработка электродом Т15К6 приводит к появлению в покрытии значительного количества TiC.

По данным РФА поверхность, сформированная электродом Ш2, кроме основной фазы FeC содержит фазы AlNi₃ и (CrTi)С. Электроискровая обработка поверхности электродом ИМХ2 способствует появлению в покрытии FeNi₃ и FeCr. Образование интерметаллидов с участием железа, алюминия и хрома являются следствием микрометаллургических процессов, протекающих на поверхности в результате перемешивания и химического взаимодействия компонентов легирующего электрода с материалом образца.

Таблица 1 Значения экспериментальных межплоскостных расстояний и фазовый состав в покрытии после ЭИО образцов 15ХГН2ТА

Примечание. Знаком «+» отмечено наличие фаз в покрытии.

электродный покрытие искровой

Результаты измерения толщины формируемого покрытия представлены на рисунке 1.

Из полученных диаграмм следует, что с повышением энергетических режимов установки ЭИО (разрядной емкости конденсаторов и напряжения импульса) толщина покрытия увеличивается вне зависимости от материала легирующего электрода.

При использовании электрода на основе карбида вольфрама с добавками компонентов, образующих с материалом поверхности неограниченные твердые растворы, а также играющих роль флюсов (50% WC-Co, 50% Ni-Cr-B-Si), получена наибольшая толщина легированного покрытия (? 210 мкм). Введение в состав электрода бора и кремния в качестве флюсов уменьшает образование оксидных пленок в формируемом покрытии, что оказывает положительное влияние на сплошность и равномерность последнего. Кроме того, введение бора целесообразно с целью уменьшения эрозионной стойкости легирующих электродов и, как следствие, интенсификации массопереноса на обрабатываемую поверхность.

Рис. 1 Влияние материала легирующего электрода на толщину покрытия образца из стали 15ХГН2ТА

Использование в составе легирующего электрода на основе карбида титана Ш2 минерального сырья Дальневосточного региона - шеелитового концентрата, также приводит к формированию покрытий с толщиной превышающей толщину покрытий, полученных стандартными электродами марки Т15К6. Данный факт может быть связан с тем, что элементы минерального сырья выполняют одновременно роль микролегирующих добавок поверхностного слоя и создают защитную атмосферу в зоне искровой обработки, что препятствует выгоранию эрозионных частиц и способствует более интенсивному массопереносу материала легирующего электрода.

Заключение

Воздействие концентрированным потоком энергии методом ЭИО на поверхность стальных образцов приводит к существенному изменению фазового состава формируемого покрытия. Обработка электродом Т15К6 способствует появлению в покрытии фазы TiС в большом количестве. Образцы, обработанные электродами на основе карбида вольфрама и карбида титана с добавками микролегирующих компонентов, содержат карбиды и интерметаллиды FeC, (CrTi)C, FeNi₃, AlNi₃.

Экспериментальными исследованиями установлено, что повышение энергетических режимов ЭИО (емкости конденсаторов и напряжения импульса), а также применение электродов на основе карбида вольфрама и карбида титана с добавками флюсообразующих компонентов и минерального сырья Дальневосточного региона (шеелитового концентрата) способствует увеличению толщины формируемых покрытий.

Библиографический список

1. Алимбаева, Б.Ш. Влияние материала легирующего электрода на фазовый состав и толщину покрытия при электроискровой обработке / Б.Ш. Алимбаева, Е.А. Черкасов // Перспективы развития способов и технических средств ремонта современных образцов гусеничных и колесных машин: материалы межвуз. науч.-практ. конф. ВНО курсантов ОАБИИ и студентов вузов (воен.каф.) г.Омска - Омск: ОАБИИ. - 2015. - С. 121-126.

2. Коротаев, Д.Н. Повышение эффективности восстановления стальных деталей методом электроискрового легирования / Д.Н. Коротаев, Б.Ш. Алимбаева // Вестник СибАДИ. - Омск, 2012. - № 5(27). - С. 30-34.

3. Коротаев, Д.Н. Синтез нанокомпозитных покрытий с повышенными физикомеханическими свойствами методом электроискрового легирования / Д.Н. Коротаев, Ю.К. Машков, Б.Ш. Алимбаева // Омский научный вестник. - Омск, 2013. - №2(120). - С. 133-136.

4. Коротаев, Д.Н. Оптимизация технологических режимов электроискрового легирования деталей трибосистем / Д.Н. Коротаев, Ю.К. Машков // Трение и износ, 2009. - Т.30 - №2. - С. 146-151.

5. Машков, Ю.К. Влияние электроискровой обработки на структуру и свойства модифицированных поверхностей трения / Ю.К. Машков, Д.Н. Коротаев, Б.Ш. Алимбаева, М.Ю. Байбарацкая, О.В. Малий // Трение и износ. 2016. - Т. 37. - № 1. - С. 83-88.

6. Николенко, С.В. Новые электродные материалы для электроискрового легирования / С.В. Николенко, А.Д. Верхотуров. - Владивосток: Дальнаука, 2005. - 218 с.

Размещено на Allbest.ru