UA127313C2 - Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів - Google Patents

Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів Download PDF

Info

Publication number
UA127313C2
UA127313C2 UAA201909049A UAA201909049A UA127313C2 UA 127313 C2 UA127313 C2 UA 127313C2 UA A201909049 A UAA201909049 A UA A201909049A UA A201909049 A UAA201909049 A UA A201909049A UA 127313 C2 UA127313 C2 UA 127313C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
electrode
alloying
pass
metal
metals
Prior art date
Application number
UAA201909049A
Other languages
English (en)
Inventor
Володимир Миколайович Коржик
Владислав Юрійович Хаскін
Євгеній Володимирович Ілляшенко
Дмитро Вадимович Строгонов
Original Assignee
Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Зовнішньоекономічне Представництво Китайсько-Українського Інституту Зварювання Ім. Є.О. Патона"
Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Науково-Виробничий Центр "Плазер"
Корпорація "Укрспецтехнології"
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 Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Зовнішньоекономічне Представництво Китайсько-Українського Інституту Зварювання Ім. Є.О. Патона", Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Науково-Виробничий Центр "Плазер", Корпорація "Укрспецтехнології" filed Critical Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Зовнішньоекономічне Представництво Китайсько-Українського Інституту Зварювання Ім. Є.О. Патона"
Priority to UAA201909049A priority Critical patent/UA127313C2/uk
Publication of UA127313C2 publication Critical patent/UA127313C2/uk

Links

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Винахід належить до електрофізичних та електрохімічних методів обробки, зокрема способів електроіскрового легування. Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів, в якому як катод застосовують сталеву деталь, а після цементації виконують електроерозійне легування поверхні деталі поетапно, при цьому на кожному наступному етапі знижують енергію розряду режиму електроерозійного легування, при цьому легування поверхні проводять щонайменше в три проходи, де на першому проході використовують електрод із металів, що утворюють інтерметаліди із основним металом деталі та характеризується підвищеною спорідненістю до вуглецю (Ті, Zr, V, Nb, Та, Cr, Mo, W, Μn), на другому проході використовують графітовий електрод, який містить включення наночасток карбідів, боридів або силіцидів одного із металів першого електрода при їх масовому вмісту в інтервалі 0,5-10,0 мас. %, а на третьому проході використовують електрод із карбідів, боридів або силіцидів металу першого електрода. Винахід підвищує твердість та зносостійкість оброблюваних деталей.

Description

деталей з формуванням наноструктурних шарів, в якому як катод застосовують сталеву деталь, а після цементації виконують електроерозійне легування поверхні деталі поетапно, при цьому на кожному наступному етапі знижують енергію розряду режиму електроерозійного легування, при цьому легування поверхні проводять щонайменше в три проходи, де на першому проході використовують електрод із металів, що утворюють інтерметаліди із основним металом деталі та характеризується підвищеною спорідненістю до вуглецю (Ті, 2, М, МБ, Та, Ст, Мо, М, Мп), на другому проході використовують графітовий електрод, який містить включення наночасток карбідів, боридів або силіцидів одного із металів першого електрода при їх масовому вмісту в інтервалі 0,5-10,0 мас. 95, а на третьому проході використовують електрод із карбідів, боридів або силіцидів металу першого електрода. Винахід підвищує твердість та зносостійкість оброблюваних деталей. 1 ообібннйоївнивнх. Ж ! фофкеннежнснннськой ! ї м я но м ї З
Фіг.1.
Винахід належить до електрофізичних та електрохімічних методів обробки, зокрема способів електроіскрового легування. Спосіб може бути використаний у різних галузях техніки для підвищення твердості та зносостійкості поверхонь сталей і сплавів. Наприклад, таким способом можна зміцнювати ріжучі крайки ножів, робочі поверхні деталей ходової частини автомобільного та залізничного транспорту тощо.
Відомий спосіб зміцнення поверхонь сталевих деталей електроерозійним легуванням
ІПатент ША 103701 С2 МПК: В2ЗН 5/00, С23С 8/36 (2006.01), С23С 28/00: Спосіб зміцнення поверхонь сталевих деталей, підданих термічній обробці (варіанти). Автори: Марцінківський
В.С., Тарельнік В.Б. 11.11.2013.1. Даний винахід забезпечує зміцнення поверхонь сталевих деталей, підданих термічній обробці. Він включає операцію електроерозійного легування, при якій деталь, піддану термічній обробці піддають електроерозійному легуванню в поєднанні з іонним азотуванням, при цьому іонне азотування здійснюють до або після операції електроерозійного легування протягом часу, достатнього для насичення металу азотом на глибину зони термічного впливу. Досягається поліпшення характеристик зміцненого металу, зокрема зносостійкості зміцненої поверхні.
Недоліком запропонованого способу є необхідність виконання двох операцій (безпосередньо електроерозійного легування і супутнього іонного азотування), що викликає потребу у збільшенні кількості обладнання, зростання вартості обробки і зменшення її продуктивності.
Для усунення зазначених недоліків може використовуватися спосіб локального зміцнення металевих поверхонь (Патент 5 2016.0017450 АТ: І осаїїлей Нагаепіпд ої теїайЦс 5ипасев.
Автори: Кібіом М., Кібіом 5. С2ІО0 6/02, В2З3Н 1/06. 21.01.2016... Даний винахід належить до способу і системи обробки поверхні компонента з металевого матеріалу, що включає електроіїскрову обробку поверхні металевого компонента електроіскровим електродом. При цьому металевий матеріал являє собою в основному феритну, перлітну та/або аустенітну сталь. Пропонований спосіб дозволяє створювати тонкий шар з мартенситними мікроструктурами на поверхні компонента з металевого матеріалу. Додатковим кроком в оброблювану поверхнею можуть бути включені серпентини і кварц.
Недоліками такого способу є підвищення шорсткості оброблюваної поверхні у разі
Зо збільшення енергії обробки, що є необхідним для підвищення глибини зміцненого шару, а також надто мала глибина зміцненого шару у разі досягнення низької шорсткості.
Найбільш близьким за технічною суттю (найближчим аналогом) до описуваного винаходу є спосіб цементації сталевих деталей електроерозійним легуванням |Патент КО 2468899 С1:
Способ цементации стальньх изделий злектрозрозионньмм легированием. Автори:
Марцинковский В.С., Тарельник В.Б., Братущак М.П. МПК В2ЗН 9/00. 10.12.2012. Згідно даному винаходу при цементації сталевих деталей застосовують як анод графітовий електрод, а як катод - сталеву деталь. Після цементації виконують наступне електроерозійне легування одержаної поверхні деталі вуглецем, при цьому наступне електроерозійне легування поверхні деталі виконують поетапно тим же графітовим електродом, що й цементацію. На кожному наступному етапі знижують енергію розряду режиму електроерозійного легування.
Забезпечується зниження шорсткості поверхні сталевих деталей із збереженням якості поверхневого шару.
Недоліком такого способу є можливість одержання на сталевій деталі звичайної цементованої поверхні, що не забезпечує значного підвищення зносостійкості порівняно із традиційною об'ємною цементацією, яка виконується пічним методом.
В основу винаходу поставлена задача створення способу імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів, за допомогою якого можна здійснювати значне збільшення її твердості та зносостійкості порівняно із тим рівнем, що забезпечується при цементації.
Поставлена задача створення способу імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів вирішується за рахунок застосовування як катода сталевої деталі. Після цементації виконують наступне електроерозійне легування одержаної поверхні деталі вуглецем, при цьому наступне електроерозійне легування поверхні деталі поетапно, при цьому на кожному наступному етапі знижують енергію розряду режиму електроерозійного легування. Легування поверхні проводять щонайменше в три проходи, причому на першому проході використовують електрод із металів, що утворюють інтерметаліди із основним металом деталі та характеризується підвищеною спорідненістю до вуглецю (Ті, 2,
М, МБ, Та, Ст, Мо, МУ, Мп), на другому проході використовують графітовий електрод, який містить включення наночасток карбідів, боридів або силіцидів одного із металів першого електрода при бо їх масовому вмісту в інтервалі 0,5-10,0 мас. Фо, а на третьому проході використовують електрод із карбідів, боридів або силіцидів металу першого електрода. На третьому проході як матеріал електрода використовують з'єднання потрійного зв'язку із металом першого електрода на кшталт карбодборидів та карбосиліцидівду. Як матеріал електрода із металів застосовують метали або їх сплави, які із металами поверхні деталі утворюють інтерметаліди, наприклад, для обробки деталей зі сталей в - електроди з титанових або алюмінієвих сплавів. Електрод при переміщенні відносно сталевої деталі здійснює перпендикулярні зміцнюваної поверхні коливання із такими параметрами для кожного із трьох проходів: на першому - з частотою 1-50
Гц ї амплітудою 0,05-0,50 мм; на другому - з частотою 50-100 Гц і амплітудою 0,03-0,30 мм; на третьому - з частотою 50-100 Гц і амплітудою 0,01-0,10 мм. Енергія розряду режиму плазмово- іскрового легування з кожним наступним проходом знижується на 30-50 905 порівняно з попереднім. Три проходи легування виконують синхронно, для чого всі три електроди розміщують послідовно один за одним в одній головці-моноблока відповідно від першого до третього (металевий електрод, графітовий з наночастками, електрод зі з'єднань) в напрямку обробки, причому відстань між електродами знаходиться в межах 0,1-1,0 розміру робочої частини електрода, заміряної в напрямку обробки.
Сутність винаходу пояснюється кресленнями Фіг. 1.
Запропонований спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів вирішується за рахунок застосування генератора 1 імпульсів, своїми виводами підключеного до сталевої деталі 2 і електрода 3, який встановлений в електродотримач вібратора 4. Легування здійснюється за рахунок переміщення електрода З по зміцнюваної поверхні деталі 2. При цьому, завдяки дії вібратора 4, електрод З отримує перпендикулярні зміцнюваної поверхні коливання з певними частотою і амплітудою, що призводить до виникнення електричних плазмово-іскрових розрядів між деталлю 2 і електродом
З.
Отримання результатів за пропонованим способом відбувається наступним чином. В якості електрода З в електродотримач вібратора 4 послідовно один за одним (або одночасно із зазором 0,1-1,0 розміру робочої частини електрода) встановлюють три стриженя згідно кількості проходів легування. Першим встановлюють електрод із металу, який утворює інтерметалідні з'єднання із основним металом деталі та характеризується підвищеною спорідненістю до вуглецю (наприклад, з металів Ті, 2, М, МБ, Та, Ст, Мо, МУ, Мп). Другим (для виконання другого проходу) використовують графітовий електрод, який містить включення наночасток карбідів, боридів або силіцидів одного із металів першого електрода при їх масовому вмісту в інтервалі 0,5-10,0 мас. 95. Третім (для виконання третього проходу) використовують електрод із карбідів, боридів або силіцидів металу першого електрода або електрод із потрійних з'єднань (наприклад, карбодборидів, карбосиліцидів) із металом першого електрода.
Під впливом дії імпульсного електричного струму між анодом (електрод 3) і катодом (деталь 2) формуються плазмово-іскрові імпульсні електричні розряди, що роблять на поверхні деталі 2 лунки рідкого металу (глибиною до -- 0,3 мм) і сприяють перенесенню матеріалу з електрода З у поверхневий шар деталі 2. При цьому метал електрода З першого проходу сприяє утворенню інтерметалідних з'єднань, графіт електрода З другого проходу сприяє цементації поверхневого шару деталі 2, а наночастки з нього проникають у рідкий метал і лишаються у легованому поверхневому шарі деталі 2. Електрод З третього проходу привносить у легований шар тверді зносостійкі з'єднання (бориди, силіциди, карбобориди тощо).
Кожен електрод при переміщенні відносно сталевої деталі здійснює перпендикулярні зміцнюваної поверхні коливання із такими параметрами для кожного із трьох проходів: на першому - з частотою 1-50 Гц і амплітудою 0,05-0,50 мм; на другому - з частотою 50-100 Гц і амплітудою 0,03-0,30 мм; на третьому - з частотою 50-100 Гц і амплітудою 0,01-0,10 мм. Енергія розряду режиму плазмово-іскрового легування з кожним наступним проходом знижується на 30- 95 порівняно з попереднім для зменшення шорсткості поверхні доріжок легування. 50 Перевірку ефективності пропонованого способу виконували шляхом проведення експериментів з плазмово-іскрового легування, яке виконували за допомогою установки
РУЗИЛ-2006 (виробництво заводу ТОПАЗ, Молдова). Зразки розміром 250 х 20 мм виготовляли зі сталі З8ХНЗМФА. Легування зразків по циліндричній поверхні 950 мм виконували у три проходи: на першому енергія становила 6,8 Дж, на другому - 4,6 Дж, на третьому - 3,4 Дж. Усі три проходи виконували при постійному обертанні деталі із частотою 4-6 об/хв. при ручному утриманні електродотримача вібратора. Для легування за найближчим аналогом використовували графітовий електрод, для легування за пропонованим способом на першому проході використовувати титановий електрод, на другому - графітовий з наночастинками ТіВ». На третьому - електрод з гранульованого компакту сплаву 60 ВТ22-0,25--0,38 (титановий сплав ВТ22 легований 0,25-0,30 мас. 96 вуглецю і до 0,3 мас. 90 бору). Після легування зразки випробували на зносостійкість за допомогою стенду, виконаного на базі токарного станка (фіг. 2). Для цього легований зразок 5 закріплювали у трикулачковому патроні токарного верстату, а зверху на ньому встановлювали контр-тіло 10 (матеріал - Т15Кб) із постійним навантаженням 11, що забезпечувало тиск величиною 1,3 МПа (1300 кГс/см7). В процесі обертання зразка 5 із швидкістю порядку 500 мм/с завдяки сухому тертю контр-тілом 10 протягом однієї години випробування маса зразка зменшувалася на певну величину. За різницею мас зразка до і після випробування визначали величину зношення у грам/год. Для підвищення точності одержуваних результатів, зношення визначали як величину, усереднену по трьох випробуваних на зносостійкість ідентичних зразках.
При виконанні електроерозійного легування за найближчим аналогом з використанням графітового електрода було отримано величину зношення порядку 0,55 грам/год. У разі виконання легування за пропонованим способом було отримано величину зношення порядку 0,40 грам/год. При використанні графітового електрода із добавками мікрочасток АІ26Оз було отримано величину зношення порядку 0,30 грам/год.
Таким чином, застосування пропонованого способу плазмово-іскрового легування металевої поверхні з лазерною обробкою дозволяє підвищити її зносостійкість приблизно на 35-40 95 порівняно із найближчим аналогом з використанням одного й того ж електрода, або на -- 80 95 - з використанням модифікованого електрода, а також дещо зменшити шорсткість оброблюваної поверхні, що свідчить про його ефективність.

Claims (6)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів, згідно з яким застосовують як катод сталеву деталь, після цементації виконують електроерозійне легування поверхні деталі поетапно, при цьому на кожному наступному етапі знижують енергію розряду режиму електроерозійного легування, який відрізняється тим, що легування поверхні проводять щонайменше в три проходи, причому на першому проході використовують електрод із металів, що утворюють інтерметаліди із основним металом деталі та характеризуються підвищеною спорідненістю до вуглецю (Ті, 27, М, МБ, Та, Зо Ст, Мо, МУ, Ми), на другому проході використовують графітовий електрод, який містить включення наночасток карбідів, боридів або силіцидів одного із металів першого електрода при їх масовому вмісту в інтервалі 0,5-10,0 мас. 95, а на третьому проході використовують електрод із карбідів, боридів або силіцидів металу першого електрода.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на третьому проході як матеріал електрода використовують з'єднання потрійного зв'язку із металом першого електрода на кшталт карбодборидів та карбосиліцидів.
3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як матеріал електрода із металів застосовують метали або їх сплави, які із металами поверхні деталей утворюють інтерметаліди, наприклад, для обробки деталей із сталей - електроди з титанових або алюмінієвих сплавів.
4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електрод при переміщенні відносно сталевої деталі здійснює перпендикулярні зміцнюваної поверхні коливання із такими параметрами для кожного із трьох проходів: на першому - з частотою 1-50 Гу і амплітудою 0,05-0,50 мм; на другому - з частотою 50-100 Гц і амплітудою 0,03-0,30 мм; на третьому - з частотою 50-100 Гц і амплітудою 0,01-0,10 мм.
5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що енергію розряду режиму плазмово-іскрового легування з кожним наступним проходом знижують на 30-50 95 порівняно з попереднім.
6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що три проходи легування виконують синхронно, для цього всі три електроди розміщують послідовно один за одним в одній головці-моноблоку відповідно від першого до третього (металевий електрод, графітовий з наночастками, електрод зі з'єднань) в напрямку обробки, причому відстань між електродами знаходиться в межах 0,1-1,0 розміру робочої частини електрода, заміряної в напрямку обробки.
рення І ї НЕ о ! І інн пн Фіг.
Кох о. х с с СК ОО не с. о
КОХ . А: . З КОКО В В ВЕ В В В В В В ОК В В В В В ВХ ВВ В ВВ ОВ о. КОВО о. ОН с п У С о о. о п 0. с ОМ ОВО о. ОО и 5 с КО Я С СХ х ХХ КОКО ОХ х ОХ ОО КН Б ОК ОХ с. ОО о. ОО Б с с о п. а. у о. с С ССС С с о их 5 ОКХ Ох З с ЗОВ хх З КК ОКО КО ОМ ОКО КК В о ЗЕ о. ОК ЕК КК ЕК с її о КУ С с с Я ОКХ що КО с о. 5 с о її, ,Ї,.с,, сс г в 5 ОМ М ММ М М М М М М М М М М М М М М М М НН А и М М М М М М М М М М М М М М М ММ М Х и ОН
UAA201909049A 2019-07-31 2019-07-31 Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів UA127313C2 (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201909049A UA127313C2 (uk) 2019-07-31 2019-07-31 Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201909049A UA127313C2 (uk) 2019-07-31 2019-07-31 Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA127313C2 true UA127313C2 (uk) 2023-07-19

Family

ID=88749140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201909049A UA127313C2 (uk) 2019-07-31 2019-07-31 Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA127313C2 (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hong et al. Synergistic effect of ultrasonic cavitation erosion and corrosion of WC–CoCr and FeCrSiBMn coatings prepared by HVOF spraying
Duraiselvam et al. Cavitation erosion resistance of AISI 420 martensitic stainless steel laser-clad with nickel aluminide intermetallic composites and matrix composites with TiC reinforcement
Mallaiah et al. Influence of titanium addition on mechanical properties, residual stresses and corrosion behaviour of AISI 430 grade ferritic stainless steel GTA welds
Cao et al. Surface integrity of tool steels multi-cut by wire electrical discharge machining
Tomlinson et al. Erosion and corrosion of cast iron under cavitation conditions
Kalinina et al. Hardening of leading edges of turbine blades by electrospark alloying
Hlushkova et al. The choice of material for strengthening of leading edges of working blades of steam turbines
Huang et al. Mechanical and corrosion properties of low-carbon steel prepared by friction stir processing
Anbarasan et al. Effect of pulse frequency on microstructural and corrosion properties of inconel 718 gas tungsten arc weldments
UA127313C2 (uk) Спосіб імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні деталей з формуванням наноструктурних шарів
Krivonosova et al. Structure formation of high-temperature alloy by plasma, laser and TIG surfacing
RU2403316C2 (ru) Способ нанесения ионно-плазменного покрытия
UA141165U (uk) Спосіб підвищення глибини імпульсного плазмово-іскрового легування поверхні металевих деталей
RU2707776C1 (ru) Способ сульфоцементации стальных деталей
Van Vinh et al. Structure and Properties of Boride Coatings Obtained by the Plasma-Arc Method.
JP5423795B2 (ja) 耐エロージョン性機械部品及び機械部品の表面層形成方法並びに蒸気タービンの製造方法
İrsel et al. Mechanical And microstructural comparison of wire electrical discharge machining, laser beam and plasma arc cutting processes
Okane et al. Fretting fatigue behavior of TiN-coated steel
RU2484180C2 (ru) Способ нанесения упрочняющего покрытия
RU2215615C2 (ru) Способ определения оптимальной скорости резания твердосплавными инструментами
Diana et al. UDC 624.21 DEVELOPMENT OF ELECTRODE MATERIAL FOR WELDING TURBINE BLADES
Boyko et al. Technological parameters of process of electroerosive piercing of microholes at different processing depths
Aquino et al. Intergranular and pitting corrosion susceptibilities of a supermartensitic stainless steel weldment
Mei et al. The microstructure and properties of the coating with vanadium borides on carbon steel by use of electron beam in vacuum treatment
WORK et al. Head of Chair of Technology of Metals and Materials, D. Sc.