RU2718017C1

RU2718017C1 - Combined method of hardening of metal surfaces of parts of machines operating in conditions of abrasive wear

Info

Publication number: RU2718017C1
Application number: RU2019127085A
Authority: RU
Inventors: Наиль Рашатович Адигамов; Саид Насибуллович Шарифуллин; Рафис Рашитович Шайхутдинов; Ришат Ринатович Ахметзянов; Азамат Анасович Шарафиев; Нур Наилевич Адигамов
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2020-03-30

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to hardening of surfaces of parts operating under conditions of intense abrasive wear, which can be used in production and recovery of parts of machines with specified physical and mechanical properties of cutting surface. Method involves depositing a metal-ceramic paste directly on the surface hardened surface and vibro-arc treatment, after which electric-spark alloying of the part hardened surface with tungsten-cobalt electrode is performed. Metal-ceramic paste is made by mechanical mixing of steel matrix powder, in which boron carbide, borax, aluminum and silicon oxides, cryolite, aluminum powder is added using binder in form of liquid glass. Vibration arc hardening is carried out using graphite electrode. Thermal diffusion saturation of surface with metal-ceramic components takes place during hardening.EFFECT: invention provides a significant reduction in the roughness of the hardened coating and high wear resistance of the surface.1 cl

Description

Изобретение относится к области упрочнения поверхностей деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Может использоваться при производстве и восстановлении деталей машин с заданными физико-механическими свойствами режущей поверхности.The invention relates to the field of surface hardening of parts operating in conditions of intense abrasive wear. It can be used in the manufacture and restoration of machine parts with specified physical and mechanical properties of the cutting surface.

Известен способ упрочнения деталей из среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей (патент RU 2270259 С2, опубликовано 20.02.2006), включающий упрочнение путем кратковременного высокотемпературного воздействия тока силой 16 кА с нанесением на поверхность детали пятен контакта в шахматном порядке или по линиям армирования.A known method of hardening parts of medium-carbon and high-carbon steels (patent RU 2270259 C2, published 02.20.2006), including hardening by short-term high-temperature exposure to a current of 16 kA with the application of contact spots on the surface of the part in a checkerboard pattern or along reinforcement lines.

В результате применения этого способа формируются точечные упрочненные участки, что лишь частично повышает износостойкость деталей, к тому же детали, упрочненные предлагаемым способом, обладают слабой способностью к самозатачиванию.As a result of the application of this method, point hardened sections are formed, which only partially increases the wear resistance of the parts, besides, the parts hardened by the proposed method have a weak ability to self-sharpen.

Известен способ упрочнения рабочей поверхности лемехов плугов, включающий электромеханическую обработку поверхности лемеха при плотности тока до 10⁹А/м² с образованием упрочненных зон глубиной до 3 мм в виде непрерывных линий, отличающийся тем, что упрочнению подвергают переднее и нижнее лезвия, а также носок лемеха на расстоянии 20…40 мм от переднего лезвия с шириной упрочненной зоны 10…20 мм (патент RU 2509165 С1, опубликовано 10.03.2014).A known method of hardening the working surface of plowshares of plows, comprising electromechanical processing of the plowshare surface at current densities of up to 10 ⁹ A / m ² with the formation of hardened zones up to 3 mm deep in the form of continuous lines, characterized in that the front and lower blades, as well as the toe, are hardened ploughshare at a distance of 20 ... 40 mm from the front blade with a width of the hardened zone of 10 ... 20 mm (patent RU 2509165 C1, published 03/10/2014).

В результате применения этого способа повышается износостойкость при абразивном воздействии почвы на поверхности лемеха за счет повышения твердости чередующихся зон до 10 ГПа, однако не обеспечивает равномерный эффект самозатачивания на всей рабочей поверхности детали, что ведет к недостаточному повышению долговечности детали.As a result of the application of this method, the wear resistance increases when the soil is abrasive on the ploughshare surface by increasing the hardness of alternating zones to 10 GPa, however, it does not provide a uniform self-sharpening effect on the entire working surface of the part, which leads to an insufficient increase in the durability of the part.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ упрочнения деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания (патент RU 2532602 С2, опубликовано 20.07.2014 - прототип), включающий наплавку износостойкого материала на поверхность детали вибродуговой наплавкой с использованием графитового электрода, при этом после наплавки производят нагрев детали в печи до температуры 750…770°С с выдержкой 1,5…2 мин, последующей ее закалкой и низким отпуском с нагревом до температуры 150…160°С с выдержкой детали в течение 8…10 мин.The closest adopted for the prototype is a method of hardening parts operating under conditions of abrasive wear (patent RU 2532602 C2, published on 07.20.2014 - prototype), including surfacing of wear-resistant material on the surface of the part with a vibrated arc surfacing using a graphite electrode, while after surfacing produce heating the part in the furnace to a temperature of 750 ... 770 ° C with a holding time of 1.5 ... 2 min, its subsequent hardening and low tempering with heating to a temperature of 150 ... 160 ° C with holding the part for 8 ... 10 min.

Данный способ позволяет повысить стойкость детали к абразивному изнашиванию за счет применения металлокерамического композита. Недостатками данного метода являются: поверхность, упрочненная вибродуговой наплавкой, имеет значительную шероховатость поверхности, что отрицательно сказывается на способности детали к прорезанию почвы и способствует прилипанию почвы на рабочей поверхности детали; деталь подвергается значительным термическим воздействиям помимо процесса наплавки, что необходимо для снятия напряжений в структуре упрочненной поверхности; при наплавке применяются дополнительные пластины, на которые с обеих сторон нанесен износостойкий металлический композит толщиной 2,0…2,3 мм, что сказывается на толщине рабочей части детали. Повышение толщины режущей части потребует увеличения энергозатрат на выполнение работ.This method allows to increase the resistance of the part to abrasive wear due to the use of ceramic-metal composite. The disadvantages of this method are: the surface hardened by vibration arc surfacing, has a significant surface roughness, which negatively affects the ability of the part to penetrate the soil and contributes to the adhesion of the soil on the working surface of the part; the part is subjected to significant thermal influences in addition to the surfacing process, which is necessary to relieve stresses in the structure of the hardened surface; during surfacing, additional plates are used on which a wear-resistant metal composite with a thickness of 2.0 ... 2.3 mm is applied on both sides, which affects the thickness of the working part of the part. Increasing the thickness of the cutting part will require an increase in energy consumption for the performance of work.

Сущностью предлагаемого изобретения является комбинированное упрочнение деталей машин, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, включающий использование металлокерамических порошков, вибродуговую обработку, отличающееся тем, что нанесение металлокерамической пасты производится непосредственно на упрочняемую поверхность детали, после вибродуговой обработки осуществляется электроискровое легирование вольфрам-кобальтовым электродом упрочняемой поверхности детали.The essence of the invention is the combined hardening of machine parts operating in conditions of intensive abrasive wear, including the use of cermet powders, vibratory arc treatment, characterized in that the deposition of cermet paste is carried out directly on the hardened surface of the part, after the arc treatment is carried out electric-spark alloying with a tungsten-cobalt electrode of the hardened surface the details.

Предлагаемый способ позволяет наносить металлокерамическое покрытие на упрочняемые детали в меньшей степени влияя на толщину рабочей поверхности и уменьшить термическое воздействие на обрабатываемое изделие. Получаемые предлагаемым методом поверхности обладают равномерной износостойкой структурой и низкой шероховатостью.The proposed method allows to apply a ceramic-metal coating on hardened parts to a lesser extent affecting the thickness of the working surface and to reduce the thermal effect on the workpiece. The surfaces obtained by the proposed method have a uniform wear-resistant structure and low roughness.

Последовательность технологических операций, для осуществления предлагаемого метода состоит из трех этапов:The sequence of technological operations for the implementation of the proposed method consists of three stages:

1. Нанесение металлокерамической пасты на поверхность детали;1. Application of cermet paste on the surface of the part;

2. Вибродуговое упрочнение;2. Vibration arc hardening;

3. Электроискровое упрочнение.3. Electrospark hardening.

Металлокерамическая паста изготавливается механическим смешиванием стального матричного порошка, в который добавляют карбид бора, буру, оксиды алюминия и кремния, криолит и алюминиевый порошок, затем к ним добавляют жидкое стекло в качестве связующего материала, после чего еще раз тщательно перемешивают. Металлокерамическая паста наносится на упрочняемую поверхность и высушивается до затвердевания.The ceramic-metal paste is made by mechanical mixing of a steel matrix powder, to which boron carbide, borax, aluminum and silicon oxides, cryolite and aluminum powder are added, then liquid glass is added to them as a binder, after which they are thoroughly mixed again. Ceramic paste is applied to the hardened surface and dried before hardening.

Вибродуговое упрочнение осуществляется при помощи установки ВДГУ-2 с использованием графитового электрода. Между графитовым электродом и упрочняемой поверхностью с нанесенным слоем металлокерамической пасты зажигают электрическую дугу прямого действия обратной полярности, в результате чего за счет термодиссоциации компонентов пасты происходит термодиффузионное насыщение упрочняемой поверхности азотом и углеродом. Процесс ведут на следующих режимах: сила тока - 60…100 А, напряжение - до 60 В. Одновременно с термодиффузионным насыщением при горении электрической дуги на упрочняемом лезвии из компонентов пасты образуется металлокерамическое покрытие. Вибрация графитового электрода позволяет получить более плотное и прочное металлокерамическое покрытие, а его периодическое перемещение позволяет упрочнить все лезвие рабочего органа. Толщина металлокерамического покрытия составляет 1,0…1,2 мм глубина термодиффузионного упрочнения - 1,5…1,6 мм, твердость упрочненной поверхности - 1600-1700 HV.Vibration arc hardening is carried out using the VDGU-2 unit using a graphite electrode. Between a graphite electrode and a hardened surface with a layer of cermet paste, an electric arc of direct action of reverse polarity is ignited, as a result of which thermal diffusion saturates the hardened surface with nitrogen and carbon due to thermal dissociation of the paste components. The process is conducted in the following modes: current strength - 60 ... 100 A, voltage - up to 60 V. Simultaneously with thermal diffusion saturation during burning of an electric arc on a hardened blade, a ceramic-metal coating forms from paste components. The vibration of the graphite electrode allows you to get a more dense and durable metal-ceramic coating, and its periodic movement allows you to strengthen the entire blade of the working body. The thickness of the cermet coating is 1.0 ... 1.2 mm, the depth of thermal diffusion hardening is 1.5 ... 1.6 mm, the hardness of the hardened surface is 1600-1700 HV.

Далее производится электроискровое легирование с применением вольфрам-кобальтового электрода. Способ не приводит к термическому отпуску слоя, а позволяет сохранить скоростную закалку наносимого материала и получать в слое значительное количество сверхмелкодисперсных кристаллических структур, включая и аморфные фазы, что улучшает износостойкость обработанных деталей. В ходе электроискрового упрочнения происходит дополнительное легирование поверхности упрочнения вольфрамом и кобальтом за счет сублимации вольфрам-кобальтового электрода.Next, spark spark doping is performed using a tungsten-cobalt electrode. The method does not lead to thermal tempering of the layer, but allows you to save high-speed hardening of the applied material and to obtain a significant amount of ultrafine crystalline structures, including amorphous phases, in the layer, which improves the wear resistance of the processed parts. During spark hardening, additional hardening of the hardening surface with tungsten and cobalt occurs due to sublimation of the tungsten-cobalt electrode.

Следствием комбинирования двух способов упрочнения являются: - уменьшение энергетических и трудовых затрат на 30% по сравнению с прототипом. Электроискровое легирование требует в значительной степени меньше энергозатрат по сравнению с длительным нагревом детали в печи до температуры более 700°С. Отсутствие необходимости изготовления дополнительной пластины и их проплавку при упрочнении, благодаря непосредственному нанесению металлокерамической пасты на деталь, также способствуют снижению энергозатрат;The consequence of combining the two methods of hardening are: - reduction of energy and labor costs by 30% compared with the prototype. Electrospark alloying requires significantly less energy compared with prolonged heating of a part in an oven to temperatures above 700 ° C. The absence of the need to manufacture an additional plate and their melting during hardening, due to the direct application of cermet paste on the part, also contribute to reducing energy consumption;

- уменьшение шероховатости поверхности до двух раз. Показатели шероховатости поверхности при использовании предлагаемого комбинированного способа в 2 раза ниже, чем при использовании способа вибродуговой наплавки с последующей термообработкой;- reduction of surface roughness up to two times. The surface roughness when using the proposed combined method is 2 times lower than when using the method of vibratory arc surfacing with subsequent heat treatment;

- увеличение твердости покрытия на 13%. Твердость упрочненных поверхностей предлагаемым методом увеличивается до 1600-1700 HV за счет образования более плотной кристаллической структуры в упрочненном слое, создания более равномерного упрочненного покрытия и расширения номенклатуры легирующих элементов.- increase in coating hardness by 13%. The hardness of the hardened surfaces by the proposed method increases to 1600-1700 HV due to the formation of a denser crystalline structure in the hardened layer, the creation of a more uniform hardened coating and the expansion of the range of alloying elements.

Claims

A method of combined hardening of parts of machines operating in conditions of intense abrasive wear, including applying ceramic-metal paste directly to the hardened surface of the part and vibration-arc treatment, characterized in that after the vibration-arc treatment, electrospark alloying of the surface of the part is carried out with a tungsten-cobalt electrode.