SU1780952A1 - Способ контактного электроэрозионного легирования - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методом обработки, конкретно к электроэрозионному легированию, и может быть использовано при упрочнении деталей машин, изготавливаемых из алюминия и сплавов на его основе.

Известные технические решения, направленные на упрочнение деталей машин из алюминия и сплавов на его основе, не обеспечивают получения поверхностного слоя с близкими свойствами по всей легируемой поверхности /твердость, шероховатость, износостойкость/.

Таким известен способ электроэрозионного легирования, включающий операции включения детали /катода/ в электрическую цепь установки для электроэрозионного легирования, легирующему электроду /аноду/ сообщают вибрационное движение и одновременно пропускают единичные разрядные импульсы между анодом и катодом. Для улучшения переноса материала на поверхность детали через один из электродов дополнительно пропускают постоянный ток. Описанный способ позволяет увеличить толщину /привес/ покрытия. Однако, например, при легирований деталей машин из сплавов алюминия медью он не позволяет получить покрытие с одинаковыми /близкими/ свойствами как по поверхности, так и по глубине. Это приводит к различной износостойкости поверхности, что недопустимо, например для прецизионных пар трения, работающих в условиях ограниченной смазки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ электроэрозионного легирования, включающий операции подключения детали-катода в электрическую разрядную цепь установки для электроэрозионного легирования, сообщение легирующему электродуролику вращающегося движения и его перемещения по поверхности детали с одновременным пропусканием единичных разрядных импульсов между электродами.

В процессе использования описанного способа, применение медного вращающегося /роликового/ анода формирует на поверхности детали изготовленной из алюминия или его сплавов несколько зон. Верхняя зона представляет собой медь /материал анода/, за которой следуют упрочненная зона, где алюминий и медь распределены в пропорциях, необходимых для образования химических соединений интерметаллидов, а также локальные зоны /вкрапления/, где преобладают либо материал анода, либо катода или микрополо сти - каверны, которые являются концентраторами напряжений. Таким образом, участок покрытия даже после единичного импульса имеет различные свойства /различную твердость/ по глубине покрытия и различную прочность поверхности, что снижает износостойкость покрытия,особенно в условиях значительных контактных нагрузок.

Цель изобретения - повышение износостойкости покрытия, образованного на поверхности детали, изготовленной из сплава на основе алюминия при его легировании медью.

Это достигается тем, что в способе электроэрозионного легирования, включающем операции подключения детали-катода в электрическую разрядную цепь установки для электроэрозионного легирования, сообщения легирующему электроду-ролику вращательного движения и его перемещения по поверхности детали с одновременным пропусканием разрядных импульсов между электродами, согласно изобретению каж-дый единичный импульс формируют, по меньшей мере двухступенчатым, амплитуду токов первой h и второй 1₂ ступеней определяют выражением 1)=/0,1... 0.3/1₂, а продолжительность ступеней соответственно Τι и Т₂ задают соотношением Τι=/1,4 ... 2,4/Т₂.

При этом оптимальная длительность первой ступени Τι составляет 500 ... 1000 мкс, а второй Т₂=350 мкс.

Физическая картина происходящих при этом процессов может быть интепретирована следующим образом.

Первая ступень импульса приводит к появлению дугового разряда между катодом и анодом, тепло которого подогревает анод до температуры, уровень которой ниже температуры плавления металла анода. Вторая ступень связана с интенсивным плавлением, переносом материала анода на катод и перемешиванием образовавшегося в микрообъеме расплава. Поскольку скорость нарастания тока при такой двухступенчатой обработке существенно ниже, чем при одноступенчатой, уменьшается интенсивность гидро- и газодинамических процессов, . протекающих в микрообъеме расплавленного металла, что в свою очередь приводит к более однородному по своему составу образованного интерметаллида с меньшим количеством раковин, пустот и других дефектов.

В результате двухступенчатой обработки образуется покрытие, физико-механические свойства которого практически одинаковы по поверхности. Кроме того, микротвердость покрытия по глубине имеет близкие значения, а концентрация дефектов оказывается значительно сниженной по сравнению с покрытием, полученным на алюминиевых деталях при использовании одноступенчатого импульса. 5

Авторами экспериментально найдены оптимальные соотношения для амплитуд токов ступеней и их продолжительность. Так при 11<0,1 1г и Τι<1,4 Т₂ эффект от использования способа практически не ощущается. При Τι>0,3 1г процесс превращается в одноступенчатый и сопровождается получением набора зон по глубине покрытия, имеющих четкие границы. При увеличении Τι свыше 2,8 Тг качество, т.е. однородность покрытия по глубине, опять ухудшается. Поэтому оптимальными являются соотношения, приведенные в формуле изобретения. .

В результате оптимизации энергетических параметров ступеней образуется покрытие, имеющее существенно меньшее количество дефектов /пустот, раковин/, чем при обработке деталей по способу-прототипу, т.е. при одноступенчатом импульса, а твердость покрытия по глубине становится более равномерной.

Сущность решения поясняется при помощи графических материалов.

На фиг. 1 показана схема генератора импульсов установки, реализующей способ; на фиг. 2 - эпюры напряжений генератора импульсов; на фиг. 3 - фотография микрошлифа участка покрытия, образованного при использовании способа-прототипа х 120; на фиг. 4 - фотография мйкрофлифа участка покрытия, образованного при использовании изобретения.

Генератор импульсов установки для ЭЭЛ /фиг. 1/ содержит: силовой трансформатор 1, обмотка 1 которого подключена к первичному источнику синосуйдального тока /не показано/, а вторичные обмотки ! Г и III подключены соответственно к силовому 2 и управляющему 3 диодным мостам; преобразователь импульсов 4, формирующий импульсную последовательность /фиг. 2 эпюра 3/, которая управляет электронным ключом /тиристор/ 5, обеспечивающим заряд батареи рабочих конденсаторов 6 /фиг. 2 эпюра 4/; устройства задержки 7 и 8 импульсов, которые включают тиристорные электронные ключи 9 и 10 соответственно в моменты времени /фиг. 2 эпюры 5 и 6/, обеспечивающие формирование на легирующей электроде 11 электрических импульсов. имеющих форму эпюры 7 /фиг. 2/. Регулировка задержки Δΐι позволяет смещать передний фронт импульса первой ступени и тем самым регулировать длительность и первоначальную амплитуду первой ступени. Регулировкой Δΐ2 обеспечивается изменение фазы импульсов разряда конденсаторной батареи 6 /второй ступени комбинированного импульса/ и тем. самым регулировка длительности комбинированных импульсов при выбранной с помощью задержки Δΐ амплитуда импульса первой ступени. Критерием обеих регулировок является качество упрочняющего покрытия. Резистор 12 имеет малую величину и предотвращает перегрузку трансформатора 1 на время действия импульса первой ступени /при токе короткого замыкания электрод-деталь 13/.

Пример. Подготовили 3 серии геометрически одинаковых, образцов, выполненных в виде цилиндров диаметром 40 и длиной 100 мм из сплавов на основе алюминия. Каждый образец закрепляли и изолировали в патроне токарного станка 1К 62. На резцедержателе закрепляли и изолировали ролик диаметром 60 мм, изготовленный из медного сплава. В процессе обработки ци25 линдрической поверхности каждого образца формировали кольцевую зону покрытия . шириной 20 мм. Покрытия формировали путем однократного прохода. После легирования образцы подвергали испытанию на 30 машине трения. Режимы обработки и результаты испытаний сведены в таблицу. Ре гистрацию электрических параметров осуществляли при помощи осциллографа С1-93, металлографические исследования 35 проводили на микроскопе МИМ-8.

Износостойкость образцов, обработанных по способу-прототипу, ниже, чем у образцов, обработанных по данному способу.

Разброс _вед_ИЧИНЫ микротвердости по 40 глубине покрытия, нанесенного по способупрототипу, выше, чем у покрытия, нанесенного по данному способу /см. фиг. 3 и 4/. При изготовлении микрошлифов, изображенных на фиг. З, использовали электролит 45 № 414, а изображенного на фиг. 4 - электролит № 420.

Оптимальными режимами электроэрозионного легирования образцов из алюминия и сплавов на его основе медью 50 являются:

11=/0,1...0,3/12, Τι=/1,4... 2,8/Тг, Τι=500 ... 1000 мкс.

По сравнению с прототипом данный . 55 способ позволяет повысить износостойкость покрытий, образованных на деталям из алюминиевых сплавов при их электроэрозионном легировании медным электродом за счет уменьшения разброса значений твердости покрытия по глубине и по поверхности, а также уменьшения колйчёствадефекТов, что позволяет повысить качество покрытия. «

Claims (1)

1. Формула и з о б р е т е н и я

   Способ зООДйВВрозиРнного лёй4рованйя материалов дискового электрода-мнструмента. Уфи котором электроду-инструменту сообщают движение обкатки по обрабатываемой поверхности и через электродыг пропускают импульсный ток, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества поверхности деталей из алюминия и его сплавов при их легировании медью, обработку ведут при помощи двухступенчатых импульсов тока, амплитуды и длительности ступеней которых определяют из соотношений ΙΗ0.1... 0,3)12, ТНМ - 2,8)Т₂, где h и 1г - ампйитуДы первой и второй 10 ступеней импульса, соответственно:

   Τι и Тг - длительности первой и второй ступеней импульса соответственно.

   NW п/п Параметры импульса Микротвёрдость покрытия Износостойкость поверхности 1<. А 11, А Т₍, мкс Tj. , мкс т,/т_г среднее значение среднее квадратйч, отклонен, , среднее . значение относительной износостойка относительное увеличение, % 1 20 400 0,05 700 350 2 271 13,7 2,0 10 2 40 400 0,1 700 350 2 279 7,2 1,58 28 3 8о 400 0,2 700 350 2 276 9,3 1,62 27 k 120 400 0,3 700. 350 2 270 6,5 1,6 28 5 200 400 0,5 700 350 2 268 5,6 2,09 19 6 80 400 0,2 420 350 1,2 267 6,9 2,04 8 7 80 400 0.2 490 350 1,4 262 7,9 1,67 24 е 80 400 0.2 700 350 2,0 270 7,6 1,65 25 9 80 400 0,2 · 980 350 2,8 . 278 - 5,8 1,70 23 10 80 400 0,2 ; 1225 350 3,5 272 15,5 2,1 5 11 400 - 7άο - - 270 18,4 2,2 Г—•---г-·—-·-.* η р и м е ч а ни е . Микротверлость й износостойкость поверхности определялись по данным 3- 4 образ-

   фиг. 4