UA142338U - Спосіб виготовлення деталей з нержавіючої сталі з комбінованим електроіскровим покриттям на зношувальних плоских і криволінійних поверхнях - Google Patents

Abstract

Спосіб виготовлення деталей з нержавіючої сталі з комбінованим електроіскровим покриттям на зношувальних плоских і криволінійних поверхнях включає цементацію поверхні порожнистої заготовки методом електроіскрового легування, алітування цементованого шару методом електроіскрового легування алюмінієвим електродом і нанесення методом електроіскрового легування покриття електродом з твердого сплаву. Поверхню сформованого комбінованого електроіскрового покриття піддають поверхнево-пластичній деформації методом обкатки кулькою, потім від порожнистої заготовки відрізають кільце з нанесеним покриттям, а відрізане кільце розрізають на окремі сегменти, далі розгинають їх за допомогою преса до заданих розмірів, здійснюючи остаточну обробку покриття сегментів методом пластичної деформації. 1

Description

Корисна модель належить до галузі електрофізичної та електрохімічної обробки, а саме до електроіїскрового легування, і може бути застосована для виготовлення і ремонту деталей машин, що працюють в агресивних середовищах, у тому числі на очисних спорудах для очищення стічних вод, і піддаються постійному корозійному впливу.

Сучасні ремонтні технології мають достатню кількість способів захисту деталей від абразивного зносу: наплавка твердосплавним матеріалом, газоплазмове напилення твердосплавними порошками, приварювання окремих сегментів з нанесеним наплавленням у вакуумі композиційним матеріалом типу стеліт, напайку твердосплавних пластин безпосередньо на зношувальну поверхню і ін. Їх застосовують як при виготовленні, так і при ремонті обладнання. Одним з основних недоліків таких ремонтних технологій, як наплавка, напайка, газоплазмове напилення, зварювання та ін., є їх негативний вплив на навколишнє середовище.

В останні роки для підвищення якості поверхневих шарів деталей все більшої значущості набуває метод електроіскрового легування (ЕЇІЛ) - процес перенесення матеріалу на поверхню виробу іскровим електричним розрядом. Його специфічними особливостями є: локальність дії, мала витрата енергії, відсутність об'ємного нагріву матеріалу, міцне з'єднання нанесеного матеріалу з основою, простота автоматизації, можливість поєднання операцій та ін.

Використовуючи різні електродні матеріали та навколишнє середовище, методом ЕІЛ можна проводити процеси, альтернативні хіміко-термічній обробці, але зі значно меншими витратами, при цьому технологія ЕЇЛ екологічно і техногенно безпечна.

Однак однією з характерних особливостей методу ЕЛ є обмеження по товщині поверхневого шару, що формується. Недостатньо відомостей про технології, які вирішують проблему відновлення робочих поверхонь деталей зі зносом від 0,2 мм і вище. Крім цього, незважаючи на те, що ЕІЛ позитивно впливає на зносостійкість поверхневого шару, його застосування часто асоціюють зі збільшенням шорсткості поверхні виробів після ЕЇЛ, нерівномірністю поверхневого зміцнення, негативним впливом електроіскрового розряду на втомні властивості виробів і ін.

Відомо спосіб відновлення поверхонь металевих деталей, що включає нанесення на зношену поверхню деталі покриття електроіїскровим легуванням металевим електродом, при

Зо якому покриття ЕІЛ наносять на режимах, що забезпечують задану шорсткість поверхні покриття, на отриману поверхню наносять принаймні один шар металополімерного матеріалу (МПМ), забезпечують полімеризацію нанесеного шару МПМ, після чого його піддають фінішній обробці (СА Мо 104664 0, В2ЗН 5/00, 2014).

Недоліками даного способу є: низька твердість металополімерних матеріалів; основне застосування способу відновлення деталей в нероз'ємних з'єднаннях посадочних місць під підшипники, напівмуфти тощо; металополімерні матеріали добре працюють на стиск і значно гірше на зсув, що негативно впливає на їх застосування для відновлення поверхонь тертя деталей; зміна властивостей під час збільшення температури на поверхнях тертя тощо.

Найближчим до корисної моделі, що заявляється, є спосіб підвищення зносостійкості сталевих деталей шляхом поетапного зміцнення методом ЕЇЛ їх поверхневого шару, який включає цементацію методом електроіїскрового легування (ЦЕЇІЛ), алітування методом ЕЇїЇЛ алюмінієвим електродом і нанесення методом ЕЛ зносостійкого покриття електродом- інструментом, виготовленим з матеріалу, вибраного з групи тугоплавких металів Ті, М, УМ і їх карбідів. (ФА Ме136895 І, В2ЗН 9/00, 20191.

У даному способі, при енергії розряду 3,4 Дж, для нержавіючої сталі 12Х18Н10Т товщина шару підвищеної твердості становить 320-360 мм, а мікротвердість зміцненого шару - 10000

МПа.

БО Недоліками даного способу є: недостатня товщина шару підвищеної твердості; невелика товщина покриття (до 0,2 мм); висока шорсткість покриття (Ка-7,5 мкм).

Ці недоліки знижують здатність деталей чинити опір зношуванню, надійність і довговічність їх роботи в агресивних середовищах.

В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб виготовлення деталей з нержавіючої сталі з комбінованим електроіскровим покриттям, який би забезпечував підвищення здатності деталей чинити опір зношуванню, гарантував надійність і довговічність їх роботи в агресивних середовищах та був би екологічно безпечним.

Поставлену задачу вирішують тим, що у способі виготовлення деталей з нержавіючої сталі з комбінованим електроіїскровим покриттям на зношувальних плоских і криволінійних поверхнях, який включає цементацію поверхні порожнистої заготовки методом електроіскрового легування, алітування цементованого шару методом електроіскрового легування алюмінієвим електродом і нанесення покриття методом електроіскрового легування електродом з твердого сплаву, згідно з корисною моделлю, поверхню сформованого комбінованого електроіскрового покриття піддають поверхнево-пластичній деформації методом обкатки кулькою, потім від порожнистої заготовки відрізають кільце з нанесеним покриттям, а відрізане кільце розрізують на окремі сегменти, далі розгинають їх за допомогою пресу до заданих розмірів, здійснюючи остаточну обробку покриття сегментів методом пластичної деформації.

Після обкатки кулькою здійснюють полімеризацію метало-полімерним матеріалом, армованим при полімеризації порошком ВКбЄ, частину шару метало-полімерного матеріалу видаляють до виступів шорсткості покриття з твердого сплаву Т15Кб.

Цементацію поверхні порожнистої заготовки методом електроіскрового легування виконують графітовим електродом МПГ-7 при МуУр-3,4 Дж.

Алітування цементованого шару алюмінієвим електродом проводять на механізованій установці "ЗИЛ-9" за три проходи при УуУр-3,4 Дж.

Нанесення електроіскрового покриття електродом з твердого сплаву Т15Кб6 проводять, виконуючи два проходи при УуУр-0,9 Дж і два проходи при УуУр-3,4 Дж.

Поверхнево-пластичну деформацію виконують за три проходи з питомим зусиллям вигладжування Р-2500 МПа.

Процес нанесення покриття з твердого сплаву Т15Кб6 на алітовану поверхню здійснюють на механізованій установці "ЗИЛ-9".

Відрізане кільце розрізають на окремі сегменти на установці "Злитрон-52А".

Перед цементацією на нержавіючу сталь 12Х18Н10Т наносять електроіїскрове покриття електродом-інструментом зі сталі 08х15Н5Д2Т за два проходи при УуУр-3,4 Дж, причому за один прохід забезпечують товщину шару покриття до 0, мм на діаметр деталі, досягаючи мікротвердості наплавленого металу в покритті 4780 МПа.

Істотні ознаки способу, що заявляється, відрізняють його від найближчого аналога,

Зо забезпечують досягнення якісно нового рівня зносостійких покриттів на плоских і або криволінійних поверхнях деталей з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т, грунтуючись на формуванні зносостійких товстошарових комбінованих електроіїскрових покриттях на поверхнях порожнистих деталей (типу тіл обертання), співвимірних із заданими КЕЇП на плоских і криволінійних поверхнях, з подальшим розрізанням їх на сегменти і розгинанням останніх до заданих розмірів.

При цьому якісно новий рівень зносостійких покриттів обумовлено вибором матеріалів електродів - інструментів для ЕЇЛ і унікальною послідовністю операцій нанесення і обробки покриттів на поверхнях деталей типу тіл обертання, а також їх режимами, що, в кінцевому рахунку, забезпечує отримання зносостійких покриттів на плоских і криволінійних поверхнях деталей з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т товщиною близько 1,3 мм, суцільністю 100 95, шорсткістю Ка-1,0 мкм, причому після обробки пластичною деформацією (ПД) при розгинанні на пресі мікротвердість верхньої ділянки покриття становить 10500-11000 МПа, світлого шару - 9500-7500 МПа, а мікротвердість підкладки зростає з 2150 до 2450 МПа.

У цьому способі ЕІЛ використовується для вирішення поставленої технічної задачі в комбінації з іншими технологічними операціями, такими як поверхнево-пластична деформація (ППД), обкатка кулькою (ОК), нанесення металополімерного матеріалу (МПМ), армованого при полімеризації порошком твердосплавної суміші ВКб з видаленням частини шару МПМ до виступів шорсткості покриття з твердого сплаву Т15КбЄ і пластична деформація при розгинанні на пресі, для управління структурою і параметрами найбільш відповідальних деталей машин, зокрема з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т.

Так, застосування ППД, ОК в поєднанні з попереднім ЕІЛ поверхневого шару дозволяє усунути недоліки ЕІЛ. При формуванні КЕЇІП після обробки на механізованій установці "ЗИЛ-9" шорсткість поверхні становить Ка-9,7 мкм, суцільність покриття поверхні - 80 90, а при подальшій ОК з питомим зусиллям вигладжування Р-2500 МПа відповідно 7,0 мкм і 90 95. При цьому нанесення металополімерного матеріалу, армованого при полімеризації порошком твердосплавної суміші ВКбЄ, з видаленням частини шару МПМ до виступів шорсткості покриття з твердого сплаву Т15Кб забезпечує кінцеву товщину нанесеного шару 1300 мкм, збереження мікротвердості 10100 МПа, зниження шорсткості до Ка-1,0 мкм і підвищення суцільності до 100 95. Остаточна обробка методом пластичної деформації отриманого товстошарового бо покриття при розгинанні сегмента на пресі не змінює його характеру і будови, проте впливає на його властивості, а саме мікротвердість верхньої ділянки становить 10500-11000 МПа, світлого шару - 9500-7500 МПа, а мікротвердість підкладки зростає з 2150 до 2450 МПа.

При виготовленні КЕІП перед цементацією на нержавіючу сталь 12Х18Н10Т можуть наносити електроіскрове покриття електродом-інструментом зі сталі О8Х15Н5Д2Т.

Приклад здійснення способу, в якому при формуванні КЕІЇП перед цементацією на нержавіючу сталь 12Х18Н10Т наносять електроіїскрове покриття електродом-інструментом з нержавіючої сталі О8Х15Н5Д2Т за два проходи при Мур-3,4 Дж, забезпечуючи за один прохід товщину шару покриття зі сталі 0О8ХІ5НЬ5Д2Т до 0,6 мм на діаметр деталі і досягаючи мікротвердості наплавленого металу в покритті зі сталі 0О8ХІ5Н5ЗД2Т 4780 МПа, доцільно застосовувати, коли товщина відновленого і зміцненого поверхневого шару покриття деталі має перевищувати 1,5 мм.

Корисна модель пояснюється кресленнями.

На Фіг. 1 представлено процес ЦЕЇЛ поверхні труби із зовнішнім діаметром 100 мм і мікротвердістю «2300 МПа зі сталі 12Х18НІ10Т із заданою товщиною стінки для виготовлення сегмента на установці "Злитрон-52А"; на Фіг 2 - процес алітування цементованої поверхні труби - на Фіг.1 алюмінієвим електродом на механізованій установці "ЗИЛ-9"; на Фіг. З - процес нанесення покриття з твердого сплаву Т15К6 на алітовану поверхню у спеціальному оснащенні для закріплення електродів на механізованій установці "ЗИЛ-9"; на Фіг. 4 - процес ППД методом ОК сформованого КЕЇП; на Фіг. 5 - процес нанесення МПМ на покриття з твердого сплаву Т15Кб; на Фіг. 6 показано ділянку труби, проточеної до виступів шорсткості покриття з твердого сплаву Т15КЄб і відрізаний на відстані 50 мм від торця; на Фіг. 7 - окремі сегменти заданих розмірів розрізаного кільця з нанесеним КЕЇП. на Фіг. 8 - прес для розгинання сегментів до заданого радіуса викривлення плоскої і/або криволінійної поверхні з товстошаровим КЕЇП; на Фіг. 9 - сегменти, розігнуті до отримання плоскої поверхні з товстошаровим КЕЇП; на Фіг. 10 - мікроструктуру шару зразка сталі 12Х18Н10Т з КЕІП складу ЦЕЇЛ «- ЕЇІЛ АЇ «ж ЕІЛ

Т15К6 4 МПМ (армований ВКЄ) «я ПД після пластичної деформації (ПД) при розгинанні сегмента на пресі; на Фіг. 11 - розподіл мікротвердості по глибині шару зразка сталі 12Х18Н10Т з КЕІП складу

ЦЕЇЛ 5 БІЛ АЇ я ЕІЛ Т15К6 4 МПМ (армований ВКб) «т ПД після пластичної деформації (ПД) при розгинанні сегмента на пресі.

Деталі з товстошаровими КЕЇП виготовляли в наступній послідовності: частину труби із зовнішнім діаметром 100 мм і мікротвердістю «2300 МПа зі сталі 12Х18Н10Т ї з товщиною стінки, яка відповідає сегменту, що виготовляється, затискали в патроні токарного верстата; використовуючи установку "Злитрон-52А", проводили ЦЕЇІЛ поверхні труби з енергією розряду (Мур)-3,4 Дж, починаючи на відстані 30 мм і закінчуючи на відстані 60 мм від торця, при цьому ділянки поверхні, що не зміцнюються, захищали від торкання легуючим електродом- інструментом будь-яким ізоляційним матеріалом (Фіг. 1); застосовуючи механізовану установку "ЗИЛ-9", по цементованій поверхні виконували три проходи (УуУр-3,4 Дж) алюмінієвими електродами (Фіг. 2), а потім, використовуючи спеціальне оснащення для закріплення електродів і захисту їх від руйнування, наносили покриття з твердого сплаву Т15Кб, проводячи два проходи з Мур-0,9 Дж і два проходи з МуУр-3,4 Дж (Фіг. З) і, застосовуючи пристосування, проводили ОК сформованого КЕЇП (Фіг. 4); на покриття з твердого сплаву Т15Кб6, ретельно втираючи, наносили МПМ, попередньо армований порошком у вигляді твердосплавної суміші ВКб, доданої в двокомпонентну епоксидну систему, наповнену феросиліконом марки Госійе 3478 при концентрації армувальної речовини --60 95 (Фіг. 5); після полімеризації шар МПМ проточувати до виступів шорсткості покриття з твердого сплаву Т15Кб (Фіг. б) і відрізали ділянку труби на відстані 50 мм від торця; кільце з нанесеним КЕЇПП розрізали на окремі сегменти заданих розмірів (Фіг. 7); за допомогою преса (Фіг. 8) сегменти розгинали до заданого радіуса викривлення. Сегменти шнека центрифуги марки ОГШ-631К-02 розгинали повністю, забезпечуючи плоску поверхню з нанесеним товстошаровим покриттям (Фіг. 9).

На Фіг. 10 показана мікроструктура шару зразка сталі 12Х18Н10Т з КЕІП складу ЦЕЇЛ -- ЕІЛАЇ - БІЛ Т15К6 ї- МПМ (армований ВКб) ї- ПД після пластичної деформації (ПД) при розгинанні сегмента на пресі.

На Фіг. 11 показано розподіл мікротвердості по глибині шару зразка сталі 12Х18Н10Т з КЕІП складу ЦЕЇІЛ я ЕІЛАЇ 4 ЕІЛ Т15К6 ї- МПМ (армований ВКб) ї- ПД після пластичної деформації (ПД при розгинанні сегмента на пресі.

Мікроструктурний аналіз показав, що ПД не змінює характеру і будови покриття, але впливає на його властивості. Так, мікротвердість верхньої ділянки становить 10500-11000 МПа, світлого шару - 9500-7500 МПа, а мікротвердість підкладки зростає з 2150 до 2450 МПа.

Таким чином, розроблена нова інтегрована технологія отримання зносостійких товстошарових комбінованих покриттів на плоских і криволінійних поверхнях деталей з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т, сформованих в послідовності: ЦЕЇІЛ я ЕІЛАЇ 4 ЕІЛТ15Кб ї- ППД Ж

МПМ (армований ВКб) ї ПД, що включає такі екологічно безпечні методи, як електроіскрове легування, поверхневе пластичне деформування, нанесення металополімерних матеріалів і пластичне деформування.

Металографічні і дюраметричні дослідження встановили товщину сформованого покриття близько 1,3 мм при 100 95 суцільності і шорсткості Ка «1,0 мкм.

Claims (9)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб виготовлення деталей з нержавіючої сталі з комбінованим електроіскровим покриттям на зношувальних плоских і криволінійних поверхнях, що включає цементацію поверхні порожнистої заготовки методом електроіскрового легування, алітування цементованого шару методом електроіїскрового легування алюмінієвим електродом і нанесення методом електроіскрового легування покриття електродом з твердого сплаву, який відрізняється тим, що поверхню сформованого комбінованого електроіїскрового покриття піддають поверхнево- пластичній деформації методом обкатки кулькою, потім від порожнистої заготовки відрізають кільце з нанесеним покриттям, а відрізане кільце розрізають на окремі сегменти, далі розгинають їх за допомогою преса до заданих розмірів, здійснюючи остаточну обробку покриття сегментів методом пластичної деформації.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після обкатки кулькою здійснюють полімеризацію метало-полімерним матеріалом, армованим при полімеризації порошком ВКб, частину шару Зо метало-полімерного матеріалу видаляють до виступів шорсткості покриття з твердого сплаву т15К6.

З. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що цементацію поверхні порожнистої заготовки методом електроіскрового легування виконують графітовим електродом МПГ-7 при Уур-3,4 Дж.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що алітування цементованого шару алюмінієвим електродом проводять на механізованій установці "ЗИЛ-9" за три проходи при Уур-3,4 Дж.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що нанесення електроіскрового покриття електродом з твердого сплаву Т15К6 проводять, виконуючи два проходи при УуУр-0,9 Дж і два проходи при Умр-3,4 Дж.

б. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що поверхнево-пластичну деформацію (ППД) виконують за три проходи з питомим зусиллям вигладжування Р-2500 МПа.

7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що процес нанесення покриття з твердого сплаву Т15Кб на алітовану поверхню здійснюють на механізованій установці "ЗИЛ-9".

8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відрізане кільце розрізають на окремі сегменти на установці "Злитрон-52А".

9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перед цементацією на нержавіючу сталь 12Х18Н10т наносять електроіскрове покриття електродом-інструментом зі сталі О8Х15Н5Д2Т за два проходи при Уур-3,4 Дж, причому за один прохід забезпечують товщину шару покриття до 0,6 мм на діаметр деталі, досягаючи мікротвердості наплавленого металу в покритті 4780 МПа.

нн . її фіг. 1 ОО ОО и Ох НН ж 5 М НН х п с п. о. 0. с г паж м п и.

Фіг. 2 с . їй ох що пт Й й

Фіг. З г

Фіг. 4 ьо

Фіг. й ОМ А А А А М І А І (в)

ля с. о с фіг. 8 пе о о я о. о г З вне 9 и есте п с Я

- о. о с опери А и о: о о. че

Фіг. 10

Ма ее ей свй ля до | : ЛЮД ре нн ння нн рен нення 1000 ! - ! 0 У ЗО їм ою 130 гло

В. Ем

Фіг. 11