VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В современных экономических условиях развития машиностроения повышается роль и значение технологий восстановления. При этом, особого внимание заслуживают технологии, которые позволяют повысить уровень ремонтного производства. Сбалансированное обеспечение запасными частями ремонтных подразделений, как показывают технико-экономические показатели, целесообразно осуществлять с учетом периодического восстановления работоспособности деталей [1, 2].

К числу современных технологий восстановления и упрочнения поверхностей металлических деталей относится электроискровая обработка (ЭИО), позволяющая создавать покрытия с уникальными физико-механическими и триботехническими свойствами [3, 4, 5].

Данный метод, основан на явлении электрической эрозии материалов при искровом разряде в газовой среде, полярного переноса продуктов эрозии на деталь, на поверхности которой формируется покрытие измененной структуры и состава. Эффективность этих изменений определяется составом, структурой, свойствами электродных материалов и технологическими режимами обработки. Благодаря значительной гамме материалов, которые можно использовать при ЭИО, этим методом можно в широких пределах изменять механические, триботехнические, электрические и другие свойства рабочих поверхностей деталей машин.

Несмотря на неоспоримые преимущества технологии, использование деталей, обработанных ЭИО, в промышленности весьма незначительно. Широкое применение этого способа сдерживается ограниченной толщиной формируемого покрытия (50…100 мкм), слабой управляемостью процессами, сопровождающими ЭИО.

Целью данной работы является исследование влияния электродных материалов на фазовый состав и толщину покрытий, формируемых на изношенных поверхностях стальных деталей при реализации искровой обработки с различными технологическими режимами.

Для исследования формирования покрытий в качестве объекта экспериментальных исследований использовались образцы из конструкционной легированной стали 15ХГН2ТА, применяемой для изготовления шестерен, осей, валов коробок передач автомобилей, МГКМ и других видов техники.

Искровую обработку образцов осуществляли на установке модели IMES-01-2 с технологическими режимами: емкость конденсаторов С = 34 мкФ и 240 мкФ; напряжение импульса U = 80 В и 160 В; продолжительность обработки t = 3-4 мин/см².

При проведении ЭИО использовали стандартный легирующий электрод марки Т15К6, электрод ИМХ2 с составом 50% WC-Co, 50% Ni-Cr-B-Si и электрод Ш2 с минеральным сырьем Дальневосточного региона на основе TiC с добавками Ni-Cr-Al-ШЛК (шеелитовый концентрат CaWO₄) [6].

Исследование методом рентгенофазового анализа (РФА) было выполнено на дифрактометре D8 Advance (Bruker) в монохроматизированном Cu-K_α излучении в диапазоне углов дифракции 2θ = 5⁰-120⁰.

Толщину наносимых покрытий измеряли на горизонтальном оптиметре ИКГ-3.

В табл. 1 приведены значения межплоскостных расстояний и фазовый состав покрытий на образцах 15ХГН2Т, обработанных электродами Т15К6, Ш2 (с добавками шеелитового концентрата) и электродом ИМХ2 с составом 50% WC-Co, 50% Ni-Cr-B-Si.

Расшифровка рентгенограмм показала, что обработка электродом Т15К6 приводит к появлению в покрытии значительного количества TiC.

По данным РФА поверхность, сформированная электродом Ш2, кроме основной фазы FeC содержит фазы AlNi₃ и (CrTi)С. Электроискровая обработка поверхности электродом ИМХ2 способствует появлению в покрытии FeNi₃ и FeCr. Образование интерметаллидов с участием железа, алюминия и хрома являются следствием микрометаллургических процессов, протекающих на поверхности в результате перемешивания и химического взаимодействия компонентов легирующего электрода с материалом образца.

Таблица 1

Значения экспериментальных межплоскостных расстояний и фазовый состав в покрытии после ЭИО образцов 15ХГН2ТА

Материал ЛЭ	dэксп,	Фазы
		TiC	(CrTi)C	FeNi3	FeC	AlNi3
Т15К6	2,50	+
	2,16	+
	1,52	+
ИМХ2	2,05			+
	1,78			+
	1,25			+
Ш2	2,49		+
	2,15		+
	2,09				+
	2,04					+
	1,81				+
	1,78					+
	1,52		+
	1,28				+
	1,07					+

Примечание. Знаком «+» отмечено наличие фаз в покрытии.

Результаты измерения толщины формируемого покрытия представлены на рисунке 1.

Из полученных диаграмм следует, что с повышением энергетических режимов установки ЭИО (разрядной емкости конденсаторов и напряжения импульса) толщина покрытия увеличивается вне зависимости от материала легирующего электрода.

При использовании электрода на основе карбида вольфрама с добавками компонентов, образующих с материалом поверхности неограниченные твердые растворы, а также играющих роль флюсов (50% WC-Co, 50% Ni-Cr-B-Si), получена наибольшая толщина легированного покрытия ( 210 мкм). Введение в состав электрода бора и кремния в качестве флюсов уменьшает образование оксидных пленок в формируемом покрытии, что оказывает положительное влияние на сплошность и равномерность последнего. Кроме того, введение бора целесообразно с целью уменьшения эрозионной стойкости легирующих электродов и, как следствие, интенсификации массопереноса на обрабатываемую поверхность.

Рис. 1 Влияние материала легирующего электрода на толщину покрытия образца из стали 15ХГН2ТА

Использование в составе легирующего электрода на основе карбида титана Ш2 минерального сырья Дальневосточного региона – шеелитового концентрата, также приводит к формированию покрытий с толщиной превышающей толщину покрытий, полученных стандартными электродами марки Т15К6. Данный факт может быть связан с тем, что элементы минерального сырья выполняют одновременно роль микролегирующих добавок поверхностного слоя и создают защитную атмосферу в зоне искровой обработки, что препятствует выгоранию эрозионных частиц и способствует более интенсивному массопереносу материала легирующего электрода.

Заключение. Воздействие концентрированным потоком энергии методом ЭИО на поверхность стальных образцов приводит к существенному изменению фазового состава формируемого покрытия. Обработка электродом Т15К6 способствует появлению в покрытии фазы TiС в большом количестве. Образцы, обработанные электродами на основе карбида вольфрама и карбида титана с добавками микролегирующих компонентов, содержат карбиды и интерметаллиды FeC, (CrTi)C, FeNi₃, AlNi₃.

Экспериментальными исследованиями установлено, что повышение энергетических режимов ЭИО (емкости конденсаторов и напряжения импульса), а также применение электродов на основе карбида вольфрама и карбида титана с добавками флюсообразующих компонентов и минерального сырья Дальневосточного региона (шеелитового концентрата) способствует увеличению толщины формируемых покрытий.

1. Библиографический список

1. Алимбаева, Б.Ш. Влияние материала легирующего электрода на фазовый состав и толщину покрытия при электроискровой обработке / Б.Ш. Алимбаева, Е.А. Черкасов // Перспективы развития способов и технических средств ремонта современных образцов гусеничных и колесных машин: материалы межвуз. науч.-практ. конф. ВНО курсантов ОАБИИ и студентов вузов (воен.каф.) г.Омска – Омск: ОАБИИ. – 2015. – С. 121-126.

2. Коротаев, Д.Н. Повышение эффективности восстановления стальных деталей методом электроискрового легирования / Д.Н. Коротаев, Б.Ш. Алимбаева // Вестник СибАДИ. – Омск, 2012. – № 5(27). – С. 30-34.

3. Коротаев, Д.Н. Синтез нанокомпозитных покрытий с повышенными физико-механическими свойствами методом электроискрового легирования / Д.Н. Коротаев, Ю.К. Машков, Б.Ш. Алимбаева // Омский научный вестник. – Омск, 2013. – №2(120). – С. 133-136.

4. Коротаев, Д.Н. Оптимизация технологических режимов электроискрового легирования деталей трибосистем / Д.Н. Коротаев, Ю.К. Машков // Трение и износ, 2009. – Т.30 – №2. – С. 146-151.

5. Машков, Ю.К. Влияние электроискровой обработки на структуру и свойства модифицированных поверхностей трения / Ю.К. Машков, Д.Н. Коротаев, Б.Ш. Алимбаева, М.Ю. Байбарацкая, О.В. Малий // Трение и износ. 2016. – Т. 37. – № 1. – С. 83-88.

6. Николенко, С.В. Новые электродные материалы для электроискрового легирования / С.В. Николенко, А.Д. Верхотуров. – Владивосток: Дальнаука, 2005. – 218 с.

Код для цитирования: Скопировать