RU2328362C1 - Электродный материал для электроискрового легирования - Google Patents
Электродный материал для электроискрового легирования Download PDFInfo
- Publication number
- RU2328362C1 RU2328362C1 RU2006133405/02A RU2006133405A RU2328362C1 RU 2328362 C1 RU2328362 C1 RU 2328362C1 RU 2006133405/02 A RU2006133405/02 A RU 2006133405/02A RU 2006133405 A RU2006133405 A RU 2006133405A RU 2328362 C1 RU2328362 C1 RU 2328362C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode material
- iron
- chromium
- coating
- manganese
- Prior art date
Links
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000005275 alloying Methods 0.000 title claims description 4
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 title 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910001037 White iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 7
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 22
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 20
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 20
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 12
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 11
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical group C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 6
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 6
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 3
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- OENKNKMCEFDEBS-UHFFFAOYSA-N [C].[Si].[Mn].[Cr] Chemical compound [C].[Si].[Mn].[Cr] OENKNKMCEFDEBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к электродным материалам для искрового легирования стальных и чугунных поверхностей. Электродный материал выполнен на основе белого чугуна, содержит углерод, марганец, кремний, хром и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 4,0-4,5, марганец 0,5-0,6, кремний 0,8-0,9, хром 7,0-10,5, железо остальное. Электродный материал позволяет повысить коррозионную стойкость покрытия деталей. 2 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к электродным материалам для электроискрового легирования (ЭИЛ) стальных и чугунных поверхностей.
Существует проблема увеличения срока службы изделий из железоуглеродных сплавов. Одним из путей увеличения срока службы изделий является повышение их коррозионной стойкости путем нанесения покрытия методом ЭИЛ. В известных решениях проблема повышения коррозионной стойкости решается различными путями, например, за счет уменьшения гальванических пар в структуре материала электродов или за счет увеличения переноса материала на защищаемую поверхность детали методом ЭИЛ.
Известен электродный материал для ЭИЛ [1], который выполнен из белого чугуна и в своем составе содержит углерод 2,88%, марганец до 2,9%, кремний 1% и железо остальное.
Микроструктура электродного материала состоит из металлической основы-феррита и вторичного цементита, при этом графит находится в связанном состоянии. В контакте с агрессивной средой структурные составляющие образуют гальванические пары, в которых феррит является анодом, цементит - катодом. При работе гальванического элемента ферритная составляющая окисляется, что приводит к разрушению металлической основы.
Разность потенциалов гальванического элемента цементит - феррит равна 0,01В.
Достоинством электродного материала из белого чугуна является совместимость его физико-химических свойств со свойствами материала деталей, которые выполнены из железоуглеродистых сплавов. Кроме того, чугун обладает высокими литейными и эксплуатационными свойствами.
Недостатком указанного электродного материала является наличие мелкодисперсного цементита из-за небольшого содержания углерода.
Измельчение структурных составляющих материала приводит к увеличению количества гальванических пар, а это, в свою очередь, усиливает интенсивность протекания коррозии.
Другим недостатком электродного материала является высокая температура плавления и, как следствие, высокая эрозионная стойкость.
Высокая эрозионная стойкость электрода, равная 38,4-10-4 г/см2, ограничивает перенос материала на защищаемую поверхность детали методом ЭИЛ. При этом перенос составляет 26,5-10-4 г/см, а образующиеся покрытие имеет толщину до 0,2 мкм. Малая толщина покрытия из-за высокой эрозионной стойкости электрода обуславливает его пористость, следовательно, оно малоэффективно в коррозионной среде. Визуально-оптическая оценка покрытия железоуглеродистого сплава после ЭИЛ показала наличие окислов на поверхности до 22%, а доля плазменного переноса материала электрода на поверхность составляет около 25%.
Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату является электродный материал для ЭИЛ [2], который выполнен из белого чугуна и в своем составе содержит углерод 4,0-4,5%, марганец 0,5-0,6%, кремний 0,8-0,9% и железо остальное.
Структура электродного материала состоит из основы, которая представляет собой эвтектику (смесь феррита и цементита) и первичного цементита.
В контакте с агрессивной средой структурные составляющие образуют гальванические пары, в которых феррит, входящий в состав эвтектики, является анодом, цементит - катодом. При работе гальванического элемента ферритная составляющая окисляется, что приводит к разрушению металлической основы.
Покрытие, как показывает визуально-оптическое исследование, после ЭИЛ содержит до 5% окислов железа. Доля плазменного переноса материала электрода составляет около 62%. Кроме того, увеличение содержания углерода приводит к увеличению размера цементита в структуре материала за счет первичной кристаллизации, способствует образованию эвтектики в материале электрода. Эвтектика в электродном материале снижает температуру плавления.
Достоинствами данного электродного материала является снижение температуры плавления которая, как следствие, приводит к уменьшению эрозионной стойкости электрода до 82,0-10-4 г/см2. В свою очередь, с уменьшением эрозионной стойкости увеличивается массоперенос на защищаемую поверхность, который составляет не менее 45-10-4 г/см2.
Увеличение массопереноса приводит к росту толщины покрытия до 0,5-0,8 мкм. Увеличение толщины покрытия увеличивает его коррозионную стойкость.
Другим достоинством электродного материала является увеличение размера цементита в структуре электродного материала, которое приводит к уменьшению гальванических пар, а это уменьшение, в свою очередь, - к увеличению коррозионной стойкости покрытия.
Недостатком указанного состава электродного материала является то, что получаемое покрытие в агрессивной среде является некоррозионно-стойким.
Это обусловлено наличием гальванических пар, совокупность которых в агрессивной среде создает высокую ЭДС. Высокая ЭДС приводит к разрушению покрытия по электрохимическому механизму. Во-вторых, наличие окислов железа в покрытии также снижает его коррозионную стойкость.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке электродного материала для ЭИЛ, обладающего высокой коррозионной стойкостью за счет уменьшения в нем ЭДС совокупности гальванических пар.
Для решения поставленной задачи в известный электродный материал для ЭИЛ, выполненный на основе белого чугуна, содержащего углерод, марганец, кремний и железо, дополнительно введен хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 4,0-4,5
марганец 0,5-0,6
кремний 0,8-0,9
хром 7-10,5
железо остальное
Введение в электродный материал хрома отличает заявляемое решение от прототипа, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».
Благодаря введению хрома в электродный материал повышается коррозионная стойкость. Это обусловлено тем, что хром входит в структуру эвтектики и первичного цементита. Во-первых, наличие хрома в структуре электродного материала как более активного элемента приводит к тому, что в гальванической паре эвтектика-цементит он выступает в качестве анода. При работе гальванического элемента хром окисляется и образует защитную пленку на покрытии, за счет чего уменьшается ЭДС гальванических пар.
Во-вторых, благодаря тому, что хром по сравнению с железом обладает более высоким электрическим сопротивлением, что увеличивает количество энергии для переноса материала электрода.
Благодаря этому структурные составляющие электрода успевают проплавиться в полном объеме. Наличие проплавленного материала позволяет осуществить плазменный перенос материала электрода на поверхность деталей, что приводит к увеличению толщины покрытия, а следовательно, увеличивает его коррозионную стойкость, уменьшается ЭДС гальванических за счет сокращения оксидов железа в покрытии.
Доля плазменного переноса материала электрода на поверхность составила около 68%.
Неочевидный результат заключается в том, что плазменный перенос в покрытии осуществляется только при содержании в материале электрода хрома в пределах 7-10,5%. Получение плазменного покрытия в зависимости от количественного соотношения хрома в электродном материале не вытекает из известного уровня техники и свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявляемый электродный материал выполнен на основе белого чугуна и содержит углерод, марганец, кремний, хром и железо. Компоненты выбраны в следующем интервале, мас.%:
углерод 4,0-4,5
марганец 0,5-0,6
кремний 0,8-0,9
хром 7-10,5
железо остальное
Для экспериментальной проверки заявляемого электродного материала были подготовлены составы, указанные в табл.1.
Пример 1.
В качестве базового сплава использовали эвтектический чугун, выполненный из белого чугуна с содержанием, мас.%: углерода 4,25, марганца 0,55, кремния 0,85, железо остальное, и добавляли хром 9,0.
Выплавку электродного материала производили в печи Таммана с графитовым нагревателем. Исходный материал расплавляли, затем нагревали до температуры 1450°С, после выдержки в течение 5 минут вводили легирующие.
После растворения легирующих и выдержки были получены электроды, методом вакуумного всасывания (создавая разрежение 0,5-1,5 мм рт. ст.), отбирали расплав в кварцевые трубки диаметром 2,5 мм. Выбранная технология получения электродных материалов позволяет исключить стадию обработки, снизить влияние процессов вторичного окисления при литье, варьировать химический состав электродов в широком интервале концентраций.
Примеры 2-5.
Электродный материал приготавливают, как в примере 1, изменяя состав, приводимый в табл.1.
| Таблица 1 | |||||
| Состав электродного материала | |||||
| Содержание компонентов, мас.% | Углерод | Марганец | Кремний | Хром | Железо |
| Пример 1 | 4,25 | 0,55 | 0,85 | 9,0 | остальное |
| Пример 2 | 4,0 | 0,55 | 0,85 | 10,5 | остальное |
| Пример 3 | 4,5 | 0,55 | 0,85 | 7,0 | остальное |
| Пример 4 | 4,25 | 0,55 | 0,85 | 11,0 | остальное |
| Пример 5 | 4,25 | 0,55 | 0,85 | 6,5 | остальное |
| Пример 6 (прототип) | 4,25 | 0,55 | 0,85 | - | остальное |
Полученным электродным материалом обрабатывали методом ЭИЛ образцы 10×10×5 мм стали марки 45 (в отожженном и закаленном состояниях) и чугуна СЧ15.
Процесс коррозии изучали в кислой среде, в качестве коррозионной среды использовали 12% раствор соляной кислоты. Результаты исследования полученной коррозионной стойкости представлены в табл. 2.
| Таблица 2 | ||||
| Результаты исследований | ||||
| № п.п. | Состав электродного материала, мас.% | Скорость коррозии в агрессивной среде, 10-3 г/час | ||
| Сталь марки 45 | Чугун | |||
| в отожженном состояние | в закаленном состояние | |||
| 1 | Пример 1 | 3,6 | 2,6 | 3,2 |
| 2 | Пример 2 | 3,2 | 2,5 | 3,1 |
| 3 | Пример 3 | 3,4 | 2,6 | 3,2 |
| 4 | Пример 4 | 3,8 | 2,7 | 3,2 |
| 5 | Пример 5 | 4,3 | 3,3 | 4,6 |
| 6 | Пример 6 (прототип) | 5,2 | 3,14 | 6,8 |
Как видно из табл. 2, оптимальное содержание хрома в электродном материале находится в пределах 7-10,5 (мас.%), в которых наблюдается наименьшая скорость коррозии, а следовательно, увеличивается коррозионная стойкость покрытия.
При количестве хрома до 7 (мас.%) не обеспечивается достаточное качество покрытия, увеличивается скорость коррозии, что приводит к уменьшению коррозионной стойкости покрытия.
Увеличение хрома свыше 10,5 (мас.%) увеличивает эрозионную стойкость электрода и уменьшает перенос материала на защищаемую поверхность детали хрома и, следовательно, уменьшает коррозионную стойкость покрытия.
Таким образом, результаты испытаний показывают, что скорость коррозии в агрессивной среде покрытия, в результате применения заявляемого электродного материала, уменьшается на 40% (в 1,6 раза) по сравнению с прототипом.
Литература
1. Иванов Г.П. Технология электроискрового упрочнения инструмента и деталей машин. - М.: 1961, с.299.
2. 2. Патент №2181646 МПК 7 В23Н 9/00, С22С 37/10. Электродный материал для электроискрового легирования / Химухин С.Н., Муромцева Е.В. (РФ); Институт материаловедения ДВО РАН. Опубл. 27.04.02. Бюл. №12.
Claims (1)
- Электродный материал для электроискрового легирования на основе белого чугуна, содержащего углерод, марганец, кремний и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 4,0-4,5 марганец 0,5-0,6 кремний 0,8-0,9 хром 7,0-10,5 железо остальное.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006133405/02A RU2328362C1 (ru) | 2006-09-18 | 2006-09-18 | Электродный материал для электроискрового легирования |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006133405/02A RU2328362C1 (ru) | 2006-09-18 | 2006-09-18 | Электродный материал для электроискрового легирования |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006133405A RU2006133405A (ru) | 2008-03-27 |
| RU2328362C1 true RU2328362C1 (ru) | 2008-07-10 |
Family
ID=39680653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006133405/02A RU2328362C1 (ru) | 2006-09-18 | 2006-09-18 | Электродный материал для электроискрового легирования |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2328362C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU411974A1 (ru) * | 1972-07-17 | 1974-01-25 | ||
| RU2007274C1 (ru) * | 1991-06-24 | 1994-02-15 | Институт материаловедения Дальневосточного отделения РАН | Электродный материал для электроискрового легирования и способ его получения |
| RU2014181C1 (ru) * | 1991-07-09 | 1994-06-15 | Нижегородский архитектурно-строительный институт | Материал электрода-инструмента для электроэрозионной обработки |
| RU2181646C2 (ru) * | 2000-01-28 | 2002-04-27 | Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения РАН | Электродный материал для электроискрового легирования |
-
2006
- 2006-09-18 RU RU2006133405/02A patent/RU2328362C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU411974A1 (ru) * | 1972-07-17 | 1974-01-25 | ||
| RU2007274C1 (ru) * | 1991-06-24 | 1994-02-15 | Институт материаловедения Дальневосточного отделения РАН | Электродный материал для электроискрового легирования и способ его получения |
| RU2014181C1 (ru) * | 1991-07-09 | 1994-06-15 | Нижегородский архитектурно-строительный институт | Материал электрода-инструмента для электроэрозионной обработки |
| RU2181646C2 (ru) * | 2000-01-28 | 2002-04-27 | Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения РАН | Электродный материал для электроискрового легирования |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006133405A (ru) | 2008-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6315158B1 (ja) | ステンレス鋼板及びその製造方法、固体高分子型燃料電池用セパレータ、固体高分子型燃料電池セル、並びに固体高分子型燃料電池 | |
| ES2999375T3 (en) | Steel, product made of that steel and method to obtain the steel | |
| WO2006109727A1 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼 | |
| RU2719233C1 (ru) | Лист титанового сплава для электрода | |
| JP2010106305A (ja) | 電池構成部材用ステンレス鋼およびその製造方法 | |
| CN1867685B (zh) | 制造钢锭的方法 | |
| RU2328362C1 (ru) | Электродный материал для электроискрового легирования | |
| JP3251648B2 (ja) | 析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼及びその製造方法 | |
| JP2007031736A (ja) | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度ボルトの製造方法 | |
| JP2003226940A (ja) | ばね用ステンレス鋼線 | |
| WO2011089730A1 (ja) | 接触電気抵抗の低い通電部品用ステンレス鋼およびその製造方法 | |
| JP2006057186A (ja) | ハンダ付け性に優れたニッケル材料帯の製造方法 | |
| CN101553588B (zh) | 硅镇静钢线材和弹簧 | |
| WO2019132497A1 (ko) | 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법 | |
| JP2021529888A (ja) | マグネシウム合金板材およびその製造方法 | |
| RU2181646C2 (ru) | Электродный материал для электроискрового легирования | |
| Feng et al. | Achieving High-Temperature Oxidation and Corrosion Resistance in Fe–Mn–Cr–Al–Cu–C TWIP Steel via Annealing Control | |
| JP2005248187A (ja) | マルエージング鋼の製造方法及びマルエージング鋼 | |
| 孙红梅 et al. | Effect of microalloying element Zr on microstructure and properties of 5083 aluminum alloy | |
| CN111676394A (zh) | 铝箔及其制备方法 | |
| RU2260877C1 (ru) | Анод для химического источника тока и способ его изготовления | |
| JP7589098B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池 | |
| JP2004256909A (ja) | マルエージング鋼の製造方法及びマルエージング鋼 | |
| CN118492629A (zh) | 镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺 | |
| WO2020241864A1 (ja) | ホットスタンプ成形体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140919 |