RU2524471C2 - Spark-erosion alloying of steel part surfaces - Google Patents

Spark-erosion alloying of steel part surfaces Download PDF

Info

Publication number
RU2524471C2
RU2524471C2 RU2012147061/02A RU2012147061A RU2524471C2 RU 2524471 C2 RU2524471 C2 RU 2524471C2 RU 2012147061/02 A RU2012147061/02 A RU 2012147061/02A RU 2012147061 A RU2012147061 A RU 2012147061A RU 2524471 C2 RU2524471 C2 RU 2524471C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
wear
coating
microhardness
copper
Prior art date
Application number
RU2012147061/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012147061A (en
Inventor
Василий Сигизмундович Марцинковский
Вячеслав Борисович Тарельник
Original Assignee
Василий Сигизмундович Марцинковский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Василий Сигизмундович Марцинковский filed Critical Василий Сигизмундович Марцинковский
Publication of RU2012147061A publication Critical patent/RU2012147061A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2524471C2 publication Critical patent/RU2524471C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to electrophysical and electrochemical treatment, particularly, to spark-erosion alloying of steel part surface. In compliance with this invention, first, steel part surface is coated with antifriction coat of copper under conditions whereat shot-circuit current Jsc=0.5-0.6 A, idling voltage Uid=56.1 V, reservoir capacitor capacity C=20 mcF. Then, ply of the coat of wear-resistant high-hardness of metal or its carbide selected from then group of Ti, V, W is applied under conditions whereat short-circuit current Jsc=2.0-2.2 A, idling voltage Uid=68.7 V, reservoir capacitor capacity C=300 mcF.
EFFECT: higher hardness, wear resistance, decreased surface roughness.
5 tbl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности к способам электроэрозионного легирования (ЭЭЛ) поверхностей стальных деталей.The invention relates to the field of electrophysical and electrochemical processing, in particular to methods of electroerosive alloying (EEL) of the surfaces of steel parts.

Известен способ электроэрозионного легирования, при помощи которого можно изменить твердость металлической поверхности:A known method of electroerosive alloying, with which you can change the hardness of the metal surface:

- повысить твердость нанесением на поверхность материала более высокой твердости или диффузионным введением в поверхностный слой необходимых химических элементов из окружающей среды или из материала анода;- increase the hardness by applying to the surface of a material of higher hardness or by diffusion introduction into the surface layer of the necessary chemical elements from the environment or from the anode material;

- понизить твердость, нанося на поверхность более мягкие материалы;- reduce hardness by applying softer materials to the surface;

- повысить твердость при обработке незакаленного, но закаливающегося материала, применяя импульсы с большей энергией или более длительные, разогревающие металл несколько глубже суммарной толщины нанесенного и диффузионного слоев [Лазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей. - М.: Машиностроение, 1976. - c.l9].- increase the hardness during processing of non-hardened, but hardened material, using pulses with higher energy or longer, heating the metal slightly deeper than the total thickness of the deposited and diffusion layers [Lazarenko N.I. Electrospark alloying of metal surfaces. - M.: Mechanical Engineering, 1976. - c.l9].

Известен способ электроэрозионного легирования карбидными и боридными соединениями тугоплавких металлов, которые в большинстве случаев получают металлокерамическим методом. Иногда эти металлы имеют некоторое количество металлического связующего. Они образуют хороший слой покрытия и вследствие их небольшой химической активности наименее чувствительны к составу окружающей среды и материалу основания. Такие покрытия придают поверхности высокую износостойкость и твердость. Однако их сравнительно высокий коэффициент трения (0,3-0,7) не позволяет применять эти покрытия для деталей трения [Лазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей. - М.: Машиностроение, 1976. - с.13].There is a method of electroerosive alloying with carbide and boride compounds of refractory metals, which in most cases are obtained by the cermet method. Sometimes these metals have a certain amount of metal binder. They form a good coating layer and, due to their low chemical activity, are less sensitive to the composition of the environment and the base material. Such coatings give the surface high wear resistance and hardness. However, their relatively high coefficient of friction (0.3-0.7) does not allow the use of these coatings for friction parts [Lazarenko NI Electrospark alloying of metal surfaces. - M .: Engineering, 1976. - p.13].

Известен способ ЭЭЛ, при котором первоначально наносят слой покрытия антифрикционным легкоплавким металлом, выбираемым из группы In, Sn, Cd, Pb. Затем на полученное покрытие наносят слой износостойкого высокотвердого металла или его карбида, выбираемого из группы Ti, V, W.There is a known EEL method in which the coating layer is initially applied with an anti-friction low-melting metal selected from the group In, Sn, Cd, Pb. Then, a layer of wear-resistant high-hardness metal or its carbide selected from the group Ti, V, W is applied to the resulting coating.

Данный порядок нанесения слоев покрытия способствует расплавлению первоначально нанесенного покрытия из легкоплавкого металла при нанесении второго слоя, заполнению им микронеровностей и пор основного покрытия. Кристаллизация второго слоя происходит медленнее за счет аккумулирования тепла расплавом легкоплавкого металла. Шероховатость поверхности снижается до значений Ra=0,6-0,8 мкм. Одновременно повышается износостойкость поверхности в 3-6 раза [А.с. 1734968 СССР, В23Н 9/00. Способ электроэрозионного легирования./ В.Б.Тарельник, Е.А.Коломыцев, Л.А.Иванов, А.Г.Марченко, В.И.Тарадонов, В.Ф.Руденко, Ю.А.Серобабин, Г.Н. Анисимов. - заявл. 20.09.88; опубл. 23.05.92, Бюл. №19.], прототип.This order of application of the coating layers contributes to the melting of the originally applied coating of low-melting metal when applying the second layer, filling it with microroughnesses and pores of the main coating. The crystallization of the second layer is slower due to the accumulation of heat by the melt of the low-melting metal. The surface roughness decreases to Ra = 0.6-0.8 μm. At the same time, the wear resistance of the surface increases by 3-6 times [A.S. 1734968 USSR, V23H 9/00. The method of electroerosive alloying./ VBTarelnik, E.A. Kolomycev, L.A. Ivanov, A.G. Marchenko, V.I. Taradonov, V.F. Rudenko, Yu.A. Serobabin, G.N. . Anisimov. - declared. 09/20/88; publ. 05/23/92, Bull. No. 19.], Prototype.

Дальнейшее описание изобретения включает ссылки на иллюстративный материал,A further description of the invention includes references to illustrative material,

гдеWhere

на фиг.1 представлена микроструктура поверхностного слоя стали Р6М5 с КЭП: (а) - In+ВК8, (б) - In+T15K6, (в) - In+Сr, х 400,figure 1 shows the microstructure of the surface layer of steel P6M5 with CEC: (a) In + BK8, (b) In + T15K6, (c) In + Cr, x 400,

на фиг.2 представлена микроструктура (а) и распределение микротвердости по глубине слоя (б) КЭП In+W стали 07Х16Н6, х 400,figure 2 presents the microstructure (a) and the distribution of microhardness along the depth of the layer (b) KEP In + W steel 07X16H6, x 400,

на фиг.3 показано приспособление для испытания образцов на износостойкость (1 - образец для испытания; 2 - контртело; 3 - приспособление для испытания),figure 3 shows a device for testing samples for wear resistance (1 - sample for testing; 2 - counterbody; 3 - device for testing),

на фиг.4 показано контртело для испытаний образцов на износостойкость.figure 4 shows the counterbody for testing the samples for wear resistance.

В результате металлографических исследований образцов из стали Р6М5, 07Х16Н6 и стали 45 с указанными выше комбинированными электроэрозионными покрытиями (КЭП) выяснилось, что использование в качестве технологического покрытия легкоплавких металлов, выбираемых из группы In, Cd, Sn, Pb, при последующем их ЭЭЛ износостойкими тугоплавкими материалами приводит к снижению не только шероховатости поверхностного слоя, но и микротвердости.As a result of metallographic studies of samples of steel P6M5, 07Kh16N6 and steel 45 with the above combined electroerosion coatings (CEP), it was found that the use of low-melting metals selected from the group In, Cd, Sn, Pb as a technological coating, followed by EEL with wear-resistant refractory materials leads to a decrease not only in the roughness of the surface layer, but also in microhardness.

Например, на фиг.1 показаны структуры поверхностного слоя быстрорежущей стали Р6М5 с различными КЭП: In+ВК8 (a). In+Т15К6 (б) и In+Сr (в). ЭЭЛ образцов производилось на установке «УИЛВ-8», при этом In наносился на 1-м режиме (ток короткого замыкания, Jк з=0,5…0,6 А; напряжение холостого хода, U=38,5 В; емкость накопительного конденсатора, С=20 мкФ), а твердый сплав ВК8, Т15К6 и хром - на 5-м режиме (Jк з=2,0…2,2 А; Uxx=68,7 В; С=300 мкФ). Измерение микротвердости покрытия In+ВК8 показывает, что области со структурой типа дисперсной эвтектики имеют микротвердость Нµ=7850 МПа, светлые, не травящиеся участки Нµ=6700 МПа. На их фоне имеются светлые включения с Hµ=9700 МПа. При последовательности In+Т15К6 светлые, не травящиеся поля имеют микротвердость Нµ=6700-7800 МПа, серые поля - 6700 МПа, светлые включения - Нµ=13000-16600 МПа. Результаты измерения микротвердости по мере углубления с поверхности КЭП занесены в табл.1.For example, figure 1 shows the structure of the surface layer of high-speed steel P6M5 with various CEC: In + VK8 (a). In + T15K6 (b) and In + Cr (c). EEL of the samples was carried out on a UILV-8 installation, with In being applied on the 1st mode (short circuit current, J to s = 0.5 ... 0.6 A; open circuit voltage, U xx = 38.5 V; storage capacitor capacitance, C = 20 μF), and VK8, T15K6 and chromium carbide in the 5th mode (J to s = 2.0 ... 2.2 A; U xx = 68.7 V; C = 300 μF ) Measurement of the microhardness of the In + VK8 coating shows that regions with a structure like a dispersed eutectic have a microhardness of N µ = 7850 MPa, light, non-etched areas H µ = 6700 MPa. Against their background, there are light inclusions with H µ = 9700 MPa. In the In + T15K6 sequence, bright, non-etched fields have a microhardness of N µ = 6700-7800 MPa, gray fields are 6700 MPa, light inclusions are N µ = 13000-16600 MPa. The results of microhardness measurements as they deepen from the CEC surface are listed in Table 1.

Таблица 1Table 1 Результаты металлографических исследований КЭП на стали Р6М5The results of metallographic studies of CEC on R6M5 steel Материал покрытияCoating material Толщина, мкмThickness, microns Микротвердость, Нµ, МПаMicrohardness, N µ , MPa слояlayer переходной зоныtransition zone слояlayer переходной зоныtransition zone основыthe basics In+ВК8In + VK8 20twenty 4040 6400, 64006400, 6400 7040, 8900, 83007040, 8900, 8300 850850 In+T15K6In + T15K6 30thirty 4040 7800, 83007800, 8300 8300, 8300, 83008300, 8300, 8300 То жеAlso In+CrIn + Cr 20twenty 30thirty 5700, 74505700, 7450 7850, 80007850, 8000 То жеAlso

Аналогичная ситуация складывается при нанесении КЭП на нержавеющую сталь 07Х16Н6. На фиг.2 изображена структура поверхностного слоя стали 07Х16Н6 (а) и распределение микротвердости по глубине слоя (б) при формировании КЭП In+W. Легированный слой почти не просматривается. В данном случае происходит закалка с аустенитообразованием непосредственно наружного слоя подложки, что приводит к существенному снижению микротвердости. Затем твердость повышается и уже на глубине 50…80 мкм соответствует твердости основного металла.A similar situation occurs when applying the CEC on stainless steel 07X16H6. Figure 2 shows the structure of the surface layer of steel 07X16H6 (a) and the distribution of microhardness along the depth of the layer (b) during the formation of CEC In + W. The doped layer is almost not visible. In this case, quenching occurs with austenite formation of the directly outer layer of the substrate, which leads to a significant decrease in microhardness. Then the hardness rises and already at a depth of 50 ... 80 microns corresponds to the hardness of the base metal.

При ЭЭЛ стали 45 карбидом вольфрама микротвердость, по мере углубления с поверхности образца, при «шаге» измерения 10 мкм, располагается в ряд: 12500, 11000, 4700, 3300, 2800 МПа, а при первоначальном ЭЭЛ индием, затем карбидом вольфрама - 2000, 2500, 3800, 2800 МПа.When EEL became 45 tungsten carbide, the microhardness, as it deepens from the surface of the sample, with a "step" of 10 μm, is in a row: 12500, 11000, 4700, 3300, 2800 MPa, and with the initial EEL indium, then tungsten carbide - 2000, 2500, 3800, 2800 MPa.

Опыт показывает, что микротвердость КЭП, сформированных с использованием в качестве технологического покрытия не только In, а и таких легкоплавких металлов, как Cd, Sn, Pb, недостаточно высокая.Experience shows that the microhardness of CECs formed using not only In but also low-melting metals such as Cd, Sn, Pb as a technological coating is not high enough.

Следовательно, техническая задача повышения твердости, износостойкости и уменьшение шероховатости поверхностей стальных деталей остается актуальной и требует дальнейшего исследования, а настоящее изобретение предлагает один из способов ее решения.Therefore, the technical problem of increasing hardness, wear resistance and reducing the surface roughness of steel parts remains relevant and requires further research, and the present invention offers one way to solve it.

Поставленная техническая задача решается, благодаря созданию способа электроэрозионного легирования поверхностей стальных деталей, включающего, как и прототип, нанесение на поверхность антифрикционного покрытия из легкоплавкого металла и износостойкого, высокотвердого покрытия тугоплавкими металлами или их карбидами, в котором сначала наносят слой покрытия из меди на режимах, при которых ток короткого замыкания Jкз=0,5…0,6 A, напряжение холостого хода Uхх=56,1 В, емкость накопительного конденсатора С=20 мкФ, а затем слой покрытия из износостойкого высокотвердого металла или его карбида, выбираемого из группы Ti, V, W, на режимах, при которых ток короткого замыкания Jкз=2,0…2,2 А, напряжение холостого хода Uхх=68,7 В, емкость накопительного конденсатора С=300 мкФ.The stated technical problem is solved by creating a method of electroerosive alloying of the surfaces of steel parts, including, like the prototype, applying to the surface an antifriction coating of low-melting metal and a wear-resistant, high-hard coating by refractory metals or their carbides, in which a coating layer of copper is first applied in the modes at which the short circuit current J kz = 0.5 ... 0.6 A, open circuit voltage U xx = 56.1 V, the capacitance of the storage capacitor C = 20 μF, and then the wear layer high-hardness metal or its carbide selected from the group Ti, V, W, in modes in which the short-circuit current J kz = 2.0 ... 2.2 A, open circuit voltage U xx = 68.7 V, the capacitance of the storage capacitor C = 300 μF.

Известно, что при ЭЭЛ легкоплавких металлов и их сплавов привес катода (детали) за весь период обработки остается отрицательным [Электроискровое легирование металлических поверхностей / Гитлевич А.Е., Михайлов В.В., Парканский Н.Я., Ревутский В.М. - Кишинев: Штинца, 1985. - С.46].It is known that with EEL of fusible metals and their alloys, the cathode gain (details) for the entire processing period remains negative [Electrospark alloying of metal surfaces / Gitlevich AE, Mikhailov VV, Parkansky N.Ya., Revutsky VM - Chisinau: Stinza, 1985. - P.46].

В рассматриваемом случае, в результате ЭЭЛ стальной подложки легкоплавким металлом, на катоде происходит взаимодействие жидких фаз материала электродов, способствующее установлению между ними химической связи и развитию объемных процессов само- и гетеродиффузии, образованию интерметаллидов, сплавов, псевдосплавов, механических смесей и т.п. Как правило, на поверхности, вновь образованный слой состоит из материала анода с постепенным снижением концентрации по мере углубления. Поэтому, последующее легирование вновь образованного слоя из легкоплавкого материала износостойким более тугоплавким материалом затруднено самой физикой процесса ЭЭЛ.In the case under consideration, as a result of the EEL of a steel substrate by a fusible metal, the liquid phases of the electrode material interact at the cathode, contributing to the establishment of a chemical bond between them and the development of bulk self-and heterodiffusion processes, the formation of intermetallic compounds, alloys, pseudo-alloys, mechanical mixtures, etc. Typically on the surface, a newly formed layer consists of anode material with a gradual decrease in concentration as it deepens. Therefore, subsequent alloying of the newly formed layer of fusible material with wear-resistant, more refractory material is hampered by the physics of the EEL process itself.

Так как процесс ЭЭЛ происходит через жидкую ванну, то для осуществления стабильного массопереноса износостойкого тугоплавкого материала необходимо, чтобы он протекал при режимах легирования, достаточных для расплавления ранее нанесенного слоя из легкоплавкого материала.Since the EEL process occurs through a liquid bath, for the implementation of stable mass transfer of wear-resistant refractory material, it is necessary that it proceeds under alloying conditions sufficient to melt the previously deposited layer of low-melting material.

Отсюда следует, что микротвердость КЭП в значительной мере зависит от количества мягкого, более легкоплавкого материала в технологическом подслое (первоначально нанесенном слое из мягкого, антифрикционного металла).It follows that the microhardness of the CEC to a large extent depends on the amount of soft, more fusible material in the technological sublayer (originally applied layer of a soft, antifriction metal).

Учитывая то, что наиболее стабильные результаты по массопереносу обеспечиваются при ЭЭЛ металлических поверхностей медью [Тарельник В.Б. Управление качеством поверхностных слоев комбинированным электроэрозионным легированием. - Сумы, 2002. - МакДен. - С.107-108], металлографические исследования по определению влияния количества мягкой составляющей в КЭП на микротвердость поверхностного слоя проводились с использованием в качестве технологического подслоя из меди.Given the fact that the most stable results on mass transfer are ensured by EEL of metal surfaces with copper [Tarelnik VB Quality management of surface layers by combined electroerosive alloying. - Sumy, 2002. - MacDen. - S.107-108], metallographic studies to determine the effect of the amount of the soft component in the CEC on the microhardness of the surface layer were carried out using copper as a technological sublayer.

С целью определения влияния наиболее рационального количества мягкой составляющей (меди) в КЭП на структуру формируемых покрытий, на образцы из стали 45 (размером 10×10×10 мм), термообработанные на твердость 2800 МПа на разных режимах легирования наносилась медь. ЭЭЛ образцов производилось на установке «УИЛВ-8». Время легирования образцов составляло 1 мин/см2. При этом образцы тщательно взвешивались на аналитических весах «ВЛА-200» до и после легирования. Режимы легирования и привес образцов сведены в табл.2.In order to determine the effect of the most rational amount of the soft component (copper) in the CEC on the structure of the formed coatings, copper was applied to samples of steel 45 (10 × 10 × 10 mm in size) heat-treated for hardness 2800 MPa in different alloying modes. EEL samples were produced on the installation "UILV-8." The doping time of the samples was 1 min / cm 2 . In this case, the samples were carefully weighed on an analytical balance "VLA-200" before and after alloying. Doping regimes and weight gain of the samples are summarized in Table 2.

Таблица 2table 2 Привес образцов из стали 45 легированных медьюWeight gain of 45 steel alloyed with copper Емкость накопительного конденсатора, С, мкФThe capacity of the storage capacitor, C, microfarad Ток короткого замыкания, JКЗ, АShort circuit current, J short circuit , A Напряжение холостого хода, UХХ, BOpen circuit voltage, U ХХ , B Привес образцов, г·104/ см2 The weight gain of the sample, g · 10 4 / cm 2 20twenty 0,2-0,40.2-0.4 38,538.5 28,4628.46 20twenty 0,5-0,60.5-0.6 56,156.1 51,2651.26 300300 1,6-2,01.6-2.0 56,156.1 115,3115.3 300300 2,0-2,22.0-2.2 68,768.7 156,3156.3

После этого, вторым слоем, на все образцы на 5-м режиме (Jк з=2,0…2,2 A; Ux x=68,7 В; С=300 мкФ) наносился износостойкий тугоплавкий материал - твердый сплав ВК8. Затем на приборе профилографе-профилометре мод. 201 завода «Калибр» измерялась шероховатость сформированных покрытий, приготовлялись шлифы и проводились металлографические исследования структуры на оптическом микроскопе «Неофот-2». Распределение микротвердости по глубине поверхностного слоя измерялось на микротвердомере ПМТ-3 вдавливанием алмазной пирамиды под нагрузкой 0,05 Н.After that, in the second layer, on all samples in the 5th mode (J to s = 2.0 ... 2.2 A; U xx = 68.7 V; C = 300 μF), a wear-resistant refractory material was applied - a VK8 hard alloy. Then on the device profilograph-profilometer mod. 201 of the Caliber plant, the roughness of the formed coatings was measured, thin sections were prepared, and metallographic studies of the structure were performed using a Neofot-2 optical microscope. The microhardness distribution over the depth of the surface layer was measured on a PMT-3 microhardness meter by indenting the diamond pyramid under a load of 0.05 N.

В табл.3 приведены результаты измерения глубины слоя и диффузионной зоны, а также микротвердости и шероховатости сформированных покрытий. Для сравнения на один из образцов (см. табл.3) стали 45 наносили КЭП в последовательности: твердый сплав ВК8+Сц, причем твердый сплав наносился на 5-м режиме (Jкз=2,0…2,2 А; Ux x=68,7 В; С=300 мкФ), а медь - на 3-м режиме (Jкз=0,5…0,6 A; Ux x=56,1 В; С=20 мкФ).Table 3 shows the results of measuring the depth of the layer and the diffusion zone, as well as the microhardness and roughness of the formed coatings. For comparison, one of the samples (see Table 3) of steel 45 was coated with a CEC in the sequence: VK8 + Сс carbide, and the carbide was deposited in the 5th mode (J KZ = 2.0 ... 2.2 A; U xx = 68.7 V; C = 300 μF), and copper in the 3rd mode (J kz = 0.5 ... 0.6 A; U xx = 56.1 V; C = 20 μF).

Лучшими показателями по шероховатости и микротвердости поверхностного слоя обладают КЭП с подслоем из меди, нанесенном на 3-м режиме (Jк з=0,5…0,6 A; UХ Х=56,1 В; С=20 мкФ) и основного покрытия из твердого сплава ВК8, нанесенного на 5-м режиме (Jк з=2,0…2,2А; UХ Х - 68,7 В; С=300 мкФ).The best indicators of roughness and microhardness of the surface layer are possessed by CEC with a copper sublayer deposited in the 3rd mode (J to s = 0.5 ... 0.6 A; U X X = 56.1 V; C = 20 μF) and the main coating of VK8 hard alloy deposited in the 5th mode (J to s = 2.0 ... 2.2A; U X X - 68.7 V; C = 300 μF).

Таблица 3Table 3 Результаты металлографических исследований КЭП на стали 45 с различным содержанием медиThe results of metallographic studies of CEC on steel 45 with different copper contents Привес образцов, г·104/см2 The weight gain of the sample, g · 10 4 / cm 2 Толщина, мкмThickness, microns Микротвердость, МПаMicrohardness, MPa Шероховатость, Ra, мкмRoughness, Ra, microns слояlayer переходной зоныtransition zone слоя, доlayer up переходной зоныtransition zone 28,4628.46 10-2010-20 20twenty 44804480 2200-26002200-2600 1,81.8 51,2651.26 15-2515-25 2525 1049010490 2300-35702300-3570 0,50.5 115,3115.3 5-105-10 1010 64206420 2000-37002000-3700 0,60.6 156,3156.3 10-2010-20 20twenty 47904790 1920-23001920-2300 0,80.8 23,17*23.17 * 15-3015-30 5-105-10 2500, 115002500, 11500 3300-43003300-4300 2,42,4

* Покрытие из меди наносилось вторым слоем после твердого сплава ВК8.* Copper coating was applied with a second layer after VK8 hard alloy.

Основные показатели процесса ЭЭЛ (производительность, толщина слоя, равномерность и др.) определяются энергией разряда Wu, под которой понимается энергия, запасенная в рабочем конденсаторе и определяемая по формулеThe main indicators of the EEL process (productivity, layer thickness, uniformity, etc.) are determined by the discharge energy Wu, which is understood as the energy stored in the working capacitor and determined by the formula

W и = k C U 2 2 , ( 1 )

Figure 00000001
W and = k C U 2 2 , ( one )
Figure 00000001

где k - коэффициент, учитывающий потери в цепи (k=0,5-0,6); С - емкость накопительного конденсатора; U - напряжение холостого хода.where k is the coefficient taking into account losses in the circuit (k = 0.5-0.6); C is the capacity of the storage capacitor; U is the open circuit voltage.

Таким образом, учитывая значения коэффициента потерь в цепи, медь наносилась при энергии разряда Wu=0,016-0,019 Дж, а твердый сплав ВК8 при Wu=0,354-0,425 Дж.Thus, taking into account the values of the loss coefficient in the circuit, copper was deposited at discharge energy W u = 0.016-0.019 J, and VK8 carbide at W u = 0.354-0.425 J.

При нанесении первоначально тугоплавкого покрытия, затем меди микротвердость поверхностного слоя невелика (Нµ2300-2500 МПа). Глубина распространения слоя с такой микротвердостью - до 30 мкм. Затем, по мере углубления, находится слой толщиной 5-10 мкм с более высокой микротвердостью (Нµ=8000…12300 МПа) и далее - переходная зона с микротвердостью Hµ=3300…4300 МПа. Изредка на поверхности покрытия встречаются участки с высокой микротвердостью (до Hµ=11500 МПа). Это, вероятнее всего, микротвердость вершин выступов ранее нанесенного покрытия - твердого сплава ВК8. Шероховатость КЭП, сформированных по схеме ВК8+Сu, достигает 2,4 мкм.When applying initially a refractory coating, then copper, the microhardness of the surface layer is small (N µ 2300-2500 MPa). The depth of propagation of a layer with such a microhardness is up to 30 microns. Then, as it deepens, there is a layer with a thickness of 5-10 μm with a higher microhardness (N µ = 8000 ... 12300 MPa) and then a transition zone with a microhardness H µ = 3300 ... 4300 MPa. Occasionally, areas with high microhardness (up to H µ = 11500 MPa) are found on the coating surface. This is most likely the microhardness of the peaks of the protrusions of the previously deposited coating — VK8 hard alloy. The roughness of CECs formed according to the VK8 + C u scheme reaches 2.4 μm.

Таким образом, с целью повышения микротвердости и снижения шероховатости в поверхностном слое упрочняемых деталей предлагается первоначально наносить слой «технологического» покрытия мягким, антифрикционным металлом медью, а затем - слой из твердого износостойкого металла или его карбида, выбираемого из группы Ti, V, W. Причем, медь наносится на 3-м режиме (Jк з=0,5…0,6 А; Ux x=56,1 В; С=20 мкФ), а износостойкий высокотвердый металл - на 5-м режиме (JК З=2,0…2,2 А; Ux x=68,7 В; С=300 мкФ).Thus, in order to increase microhardness and reduce roughness in the surface layer of hardened parts, it is proposed to initially apply a layer of “technological” coating with a soft, antifriction metal with copper, and then a layer of hard wear-resistant metal or its carbide selected from the group Ti, V, W. Moreover, copper is applied in the 3rd mode (J to s = 0.5 ... 0.6 A; U xx = 56.1 V; C = 20 μF), and the wear-resistant high-hard metal - in the 5th mode (J K S = 2.0 ... 2.2 A; U xx = 68.7 V; C = 300 μF).

Металлографические исследования КЭП по предлагаемому способу показывают, что их микротвердость находится на сравнительно высоком уровне (8400…12300 МПа). Следует отметить, что сверху покрытия находится пленка меди толщиной 1…2 мкм. Все покрытия, сформированные предлагаемым способом, имеют характерный цвет меди. Наличие меди как на поверхности, так и по глубине покрытия подтверждается рентгеноструктурным анализом.Metallographic studies of CEC by the proposed method show that their microhardness is at a relatively high level (8400 ... 12300 MPa). It should be noted that on top of the coating is a copper film 1 ... 2 μm thick. All coatings formed by the proposed method have a characteristic copper color. The presence of copper both on the surface and in the depth of the coating is confirmed by X-ray diffraction analysis.

Медь имеет более низкую температуру плавления (Тпл.=1083°С), чем металлы основного покрытия (Тпл.=1672…3410°С). В процессе кристаллизации образуется структура типа механической смеси с частичным образованием твердого раствора.Copper has a lower melting point (T pl. = 1083 ° C) than the metals of the main coating (T pl. = 1672 ... 3410 ° C). During crystallization, a structure of the type of a mechanical mixture is formed with a partial formation of a solid solution.

Данный порядок нанесения слоев покрытия способствует расплавлению первоначально нанесенного покрытия из более легкоплавкого металла меди при нанесении второго слоя, заполнению им микронеровностей и пор основного покрытия. Кристаллизация второго слоя происходит медленнее за счет аккумулирования тепла расплавом меди, при этом шероховатость поверхности снижается до Ra=0,5…0,9 мкм.This order of application of the coating layers contributes to the melting of the originally applied coating of a more fusible copper metal when applying the second layer, filling it with microroughnesses and pores of the main coating. The crystallization of the second layer occurs more slowly due to the accumulation of heat by the copper melt, while the surface roughness decreases to Ra = 0.5 ... 0.9 μm.

Металлографические исследования КЭП, нанесенных на сталь 45 по предлагаемому способу, сведены в табл.4.Metallographic studies of CEC deposited on steel 45 by the proposed method are summarized in table 4.

Таблица 4Table 4 Результаты металлографических исследований КЭПCEP Metallographic Studies Материал Material Микротвердость, МПаMicrohardness, MPa ШероховатостьRoughness покрытияcoverings слояlayer Переходной зоныTransition zone поверхности Ra, мкмsurface Ra, microns Без покрытия (сталь 45)Uncoated (steel 45) 28002800 28002800 0,230.23 TiTi 10800, 960010800, 9600 3700, 31003700, 3100 2,812.81 Ti+CuTi + Cu 2500, 2500, 95002500, 2500, 9500 3600, 31203600, 3120 2,802.80 Сu+TiCu + Ti 10500, 1050010500, 10500 4800, 37004800, 3700 0,900.90 VV 8500, 73008500, 7300 3800, 33003800, 3300 3,193.19 V+CuV + cu 2300, 2300, 82002300, 2300, 8200 3800, 33003800, 3300 2,802.80 Сu+VCu + V 8400, 78008400, 7800 3900, 33003900, 3300 0,800.80 WW 9500, 82009500, 8200 3800, 34003800, 3400 3,263.26 W+CuW + cu 2500, 2500, 81002500, 2500, 8100 4300, 36004300, 3600 3,143.14 Сu+WCu + W 9500, 91009500, 9100 3700, 32003700, 3200 0,650.65 TiCTic 12000, 1150012000, 11500 3900, 33003900, 3300 3,073.07 TiC+СuTiC + Cu 2500, 2500, 95002500, 2500, 9500 3600, 34003600, 3400 2,912.91 Сu+TiCCu + TiC 12000, 1150012000, 11500 3900, 33003900, 3300 0,820.82 VCVc 10000, 900010000, 9000 4200, 32004200, 3200 3,163.16 VC+CuVC + Cu 2400, 2400, 90002400, 2400, 9000 4200, 34004200, 3400 2,802.80 Сu+VCCu + VC 10500, 960010500, 9600 3900, 32003900, 3200 0,620.62 wewe 12500, 1100012500, 11000 4700, 33004700, 3300 2,962.96 WC+Сu (а)WC + Cu (a) 2350, 2350, 123002350, 2350, 12300 4190, 33004190, 3300 2,812.81 we+Cu (б)we + Cu (b) 11500, 1049011500, 10490 4760, 28604760, 2860 2,812.81 Сu+WCCu + WC 12300, 1049012300, 10490 3570, 33003570, 3300 0,480.48 In+WCIn + WC 1970, 25001970, 2500 3860, 35703860, 3570 0,520.52 Pb+WCPb + WC 2600, 39692600, 3969 3700, 33003700, 3300 0,560.56 Cd+WCCd + WC 2300, 38002300, 3800 3600, 33003600, 3300 0,770.77 Sn+WCSn + WC 2000, 35002000, 3500 4200, 31004200, 3100 0,590.59

Для качественной оценки износостойкости КЭП, применяемых для повышения эксплуатационных характеристик поверхностных слоев деталей, использовали экспрессный метод, который осуществлялся с помощью установки, смонтированной на базе вертикально-сверлильного станка модели 2М-112.For a qualitative assessment of the wear resistance of CECs used to increase the operational characteristics of the surface layers of parts, the express method was used, which was carried out using an installation mounted on the basis of a vertical-drilling machine model 2M-112.

Линейный износ прямоугольных стальных образцов, размером 15×15×8 мм с КЭП, работающих в паре с фторопластом 4К-20, определялся методом искусственных баз по разности глубин отпечатков, нанесенных на приборе Виккерса. Образцы поочередно устанавливались в приспособлении 3 (abu.3), расположенном на столе станка, которое обеспечивало самоустановку плоскости образца относительно плоскости торца контртела.The linear wear of rectangular steel samples measuring 15 × 15 × 8 mm with CEC working in tandem with 4K-20 fluoroplastic was determined by the method of artificial bases by the difference in the depths of the prints deposited on a Vickers device. The samples were alternately mounted in the device 3 (abu.3), located on the machine table, which provided self-alignment of the sample plane relative to the plane of the counterbody end face.

Контртело представляет собой цилиндрический образец (рис.4) из фторопласта 4К-20. Он закрепляется в шпинделе станка. Установка содержит реле времени, которое фиксирует время испытаний и реверс вращения шпинделя. Нагрузка на контртелоThe counterbody is a cylindrical sample (Fig. 4) made of 4K-20 fluoroplastic. It is fixed in the spindle of the machine. The installation contains a time relay, which records the test time and reverse spindle rotation. Counterbody load

составляет 100 Н.is 100 N.

Для оценки износа на образец по шаблону наносится четыре углубления путем вдавливания индентора твердомера Виккерса или ПМТ-3. Углубления размещены по кругу среднего диаметру контртела в диаметрально противоположных сторонах.To assess the wear, four recesses are applied to the sample according to the template by pressing an indenter of a Vickers or PMT-3 hardness tester. The recesses are placed in a circle in the middle diameter of the counterbody in diametrically opposite sides.

Для определения величины износа до, и после испытаний, измеряли длину диагонали (d) углублений, расположенных перпендикулярно к вектору скорости движения. Средний линейный износ образца определяли согласно формуле (1).To determine the amount of wear before and after the tests, we measured the diagonal length (d) of the recesses located perpendicular to the velocity vector. The average linear wear of the sample was determined according to formula (1).

Средняя величина линейного износа, мкмThe average linear wear, microns

Δ h с р . = Δ h 1 + Δ h 2 + Δ h 3 + Δ h 4 4 , ( 1 )

Figure 00000002
Δ h from R . = Δ h one + Δ h 2 + Δ h 3 + Δ h four four , ( one )
Figure 00000002

где Δh1, Δh, Δh3, Δh4 - линейный износ образцов соответственно в каждой из четырех точек, мкм. Время испытаний образцов на один километр пути при 2500 об/мин шпинделя составляет 16 мин.where Δh 1 , Δh, Δh 3 , Δh 4 - linear wear of the samples, respectively, in each of the four points, microns. The test time for samples per kilometer at 2500 rpm spindle is 16 minutes

Для отработки технологии нанесения КЭП и проверки их износостойкости использовались образцы из стали 45 с покрытиями из твердых износостойких и мягких антифрикционных материалов, наносимых в различной последовательности. Результаты испытаний занесены в табл.5.To develop the technology of applying the CEC and to check their wear resistance, steel 45 samples were used with coatings of hard wear-resistant and soft antifriction materials applied in different sequences. The test results are listed in table 5.

Таблица 5Table 5 Влияние последовательности ЭЭЛ электродами из мягких антифрикционных и твердых износостойких металлов и их карбидов на износостойкость образцов из стали 45The effect of the EEL sequence by electrodes of soft antifriction and hard wear-resistant metals and their carbides on the wear resistance of steel samples 45 Материал покрытияCoating material Линейный износ (Δh) образца за 320 мин испытаний, мкмLinear wear (Δh) of the sample for 320 min of testing, μm основного *main * технологическогоtechnological Без технологическогоWithout technological С последующим технологическимFollowed by technological С предыдущим технологическимWith previous technological

* ** * * покрытияcoverings покрытиемcoating покрытиемcoating TiTi ****** ****** 2,42,4 VV ****** ****** 2.62.6 WW InIn ****** ****** 1.21.2 TiCTic ****** ****** 2.52.5 VCVc ****** ****** 2.62.6 WCWC ****** ****** 2.22.2 TiTi ****** ****** 4.84.8 VV ****** ****** 4.64.6 WW SnSn ****** ****** 4.34.3 TiCTic ****** ****** 5.15.1 VCVc ****** ****** 3.83.8 WCWC ****** ****** 4.24.2 TiTi ****** ****** 1.41.4 VV ****** ****** 1.71.7 WW CdCd ****** ****** 0.90.9 TiCTic ****** ****** 1.21.2 VCVc ****** ****** 1.61.6 WCWC ****** ****** 1.31.3 TiTi ****** ****** 3.83.8 VV ****** ****** 4.64.6 WW PbPb ****** ****** 3.23.2 TicTic ****** ****** 2.82.8 VCVc ****** ****** 4.74.7 WCWC ****** ****** 3.33.3 TiTi ****** ****** 0,90.9 VV ****** ****** 0,80.8 WW CuCu ****** ****** 1.21.2 TiCTic ****** ****** 0,820.82 VCVc ****** ****** 0,620.62 WCWC ****** ****** 0.80.8

* Jк з=2,0…2,2 A; Ux x=68,7 В; С=300 мкф;* J to s = 2.0 ... 2.2 A; U xx = 68.7 V; C = 300 microfarads;

**Jк з=0,5…0,6 A; Ux x=38,5 В; С=20 мкф.** J to s = 0.5 ... 0.6 A; U xx = 38.5 V; C = 20 microfarads.

*** получить результаты исследований износостойкости образцов не удалось по причине их высокой шероховатости Ra=2,28…3,41 мкм и, как следствие, катастрофического износа контробразца из фторопласта.*** it was not possible to obtain the results of studies of the wear resistance of the samples due to their high roughness Ra = 2.28 ... 3.41 μm and, as a result, the catastrophic wear of the counter-sample from fluoroplastic.

Таким образом, на основании проведенных исследований к практическому применению рекомендуются КЭП, сформированные в последовательности, когда первым слоем наносится медь, а вторым - твердый износостойкий металл.Thus, on the basis of the conducted studies, CECs formed in the sequence when copper is applied as the first layer and hard wear-resistant metal as the second is recommended for practical use.

Claims (1)

Способ электроэрозионного легирования поверхностей стальных деталей, включающий нанесение на поверхность антифрикционного покрытия из легкоплавкого металла и износостойкого, высокотвердого покрытия тугоплавкими металлами или их карбидами, отличающийся тем, что сначала наносят слой покрытия из меди на режимах, при которых ток короткого замыкания Jкз=0,5-0,6 A, напряжение холостого хода Uхх=56,1 В и емкость накопительного конденсатора С=20 мкФ, а затем слой покрытия из износостойкого высокотвердого металла или его карбида, выбираемого из группы Ti, V, W, на режимах, при которых ток короткого замыкания Jкз=2,0-2,2 А, напряжение холостого хода Uхх=68,7 В и емкость накопительного конденсатора С=300 мкФ. A method of electroerosive alloying of the surfaces of steel parts, including applying an antifriction coating of low-melting metal and a wear-resistant, high-hard coating by refractory metals or their carbides to the surface, characterized in that the coating layer of copper is first applied in modes in which the short-circuit current J kz = 0, 5-0,6 a, idling voltage U x = 56.1 The storage capacitor and the capacitance C = 20 uF, and then a coating layer of wear-resistant high hard metal or carbide selected from c ppy Ti, V, W, on the modes in which the short circuit current J sc = 2.0-2.2 A, open circuit voltage U xx = 68.7 V and capacitance of the storage capacitor C = 300 uF.
RU2012147061/02A 2012-03-16 2012-11-06 Spark-erosion alloying of steel part surfaces RU2524471C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA201203058 2012-03-16
UAA201203058 2012-03-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012147061A RU2012147061A (en) 2014-05-20
RU2524471C2 true RU2524471C2 (en) 2014-07-27

Family

ID=50695314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012147061/02A RU2524471C2 (en) 2012-03-16 2012-11-06 Spark-erosion alloying of steel part surfaces

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2524471C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2598738C2 (en) * 2014-09-09 2016-09-27 Василий Сигизмундович Марцинковский Procedure for application of wear-resistant composite coating on wear surfaces of steel products
RU2797563C1 (en) * 2022-10-03 2023-06-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for vacuum deposition of layered coatings by a combination of methods of electro-spark alloying and cathode-arc evaporation and a device for its implementation (options)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB577077A (en) * 1943-12-13 1946-05-03 Vandervell Products Ltd Improvements in multi-ply bearings
SU1734968A1 (en) * 1988-09-20 1992-05-23 Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения Method of electric-erosive alloying
RU2299790C1 (en) * 2005-10-25 2007-05-27 Васыль Сигизмундовыч Марцынковський Method for treating inserts of sliding bearing assemblies
RU2404378C1 (en) * 2009-02-24 2010-11-20 Василий Сигизмундович Марцинковский Processing method of plain bearing liners
RU2410212C2 (en) * 2009-02-24 2011-01-27 Василий Сигизмундович Марцинковский Procedure for treatment of conjugated surfaces of steel and/or iron parts

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB577077A (en) * 1943-12-13 1946-05-03 Vandervell Products Ltd Improvements in multi-ply bearings
SU1734968A1 (en) * 1988-09-20 1992-05-23 Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения Method of electric-erosive alloying
RU2299790C1 (en) * 2005-10-25 2007-05-27 Васыль Сигизмундовыч Марцынковський Method for treating inserts of sliding bearing assemblies
RU2404378C1 (en) * 2009-02-24 2010-11-20 Василий Сигизмундович Марцинковский Processing method of plain bearing liners
RU2410212C2 (en) * 2009-02-24 2011-01-27 Василий Сигизмундович Марцинковский Procedure for treatment of conjugated surfaces of steel and/or iron parts

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2598738C2 (en) * 2014-09-09 2016-09-27 Василий Сигизмундович Марцинковский Procedure for application of wear-resistant composite coating on wear surfaces of steel products
RU2797563C1 (en) * 2022-10-03 2023-06-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for vacuum deposition of layered coatings by a combination of methods of electro-spark alloying and cathode-arc evaporation and a device for its implementation (options)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012147061A (en) 2014-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Lowering coefficient of friction in Cu alloys with stable gradient nanostructures
Atık et al. The effects of conventional heat treatment and boronizing on abrasive wear and corrosion of SAE 1010, SAE 1040, D2 and 304 steels
Muñoz et al. Influence of electrochemical potential on the tribocorrosion behaviour of high carbon CoCrMo biomedical alloy in simulated body fluids by electrochemical impedance spectroscopy
Pan et al. Passive film growth mechanism of nanocrystalline 304 stainless steel prepared by magnetron sputtering and deep rolling techniques
Tester et al. Diffusional effects in simulated localized corrosion
Armstrong et al. Nanoindentation and micro-mechanical fracture toughness of electrodeposited nanocrystalline Ni–W alloy films
Lee Synergy between corrosion and wear of electrodeposited Ni–W coating
Chen et al. Assessing the tribocorrosion performance of Ti–6Al–4V, 316 stainless steel and Monel K500 alloys in artificial seawater
Guo et al. Tribological properties of Ti‐doped diamond‐like carbon coatings under dry friction and PAO oil lubrication
Zenebe et al. Sliding friction and wear behavior of Fe-based bulk metallic glass in 3.5% NaCl solution
Xu et al. Understanding the effect of Al/Ti ratio on the tribocorrosion performance of Al/Ti co-doped diamond-like carbon films for marine applications
Wang et al. Understanding the hydrogen effect on pop-in behavior of an equiatomic high-entropy alloy during in-situ nanoindentation
Singh et al. Tribological and corrosion behavior of (100-x)(Fe70Ni30)-(x) ZrO2 composites synthesized by powder metallurgy
Kowalski et al. The effect of ultrasonic irradiation during electropolymerization of polypyrrole on corrosion prevention of the coated steel
CN105793625B (en) Piston ring
Bayón et al. Characterisation of tribocorrosion behaviour of multilayer PVD coatings
Ma et al. Tribocorrosion behaviour of F690 and 316L steel in artificial seawater
Pu et al. Corrosion and tribocorrosion behaviour of super‐thick diamond‐like carbon films deposited on stainless steel in NaCl solution
RU2524471C2 (en) Spark-erosion alloying of steel part surfaces
Kazimierczak et al. Microstructure and micromechanical properties of electrodeposited Zn–Mo coatings on steel
Ren et al. Characteristics of Mo–Cr duplex-alloyed layer on Ti6Al4V by double glow plasma surface metallurgy
Hongjun et al. Effects of external electric fields on frictional behaviors of three kinds of ceramic/metal rubbing couples
Thakare et al. Investigation of micro-scale abrasion–corrosion of WC-based sintered hardmetal and sprayed coating using in situ electrochemical current-noise measurements
Katinas et al. Improving abrasive wear resistance for steel hardox 400 by electro-spark deposition
Zou et al. Tribocorrosion behavior and degradation mechanism of 316L stainless steel in alkaline solution: Effect of tribo-film

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151107

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20161220

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191107