CC BY
17
УДК 621.785.53; 621.793
05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки)
АНАЛИЗ СОВМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО И ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО МЕТОДОВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рожков Юрий Николаевич м.н. с.
e-mail: tckboy@yandex.ru SPIN-код: 6622-7560 Web of Science ResearcherID ABB-6158-2021
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, Москва, Россия
При осуществлении электроискрового легирования стали 65Г с последующим ТВЧ-борированием под слоем шихты, на основе карбида бора с добавками алюминидов, получены износостойкие покрытия. Толщина покрытий достигает 600... 1000 мкм, время наплавки 1 -2 мин. Использование метода упрочнения железоуглеродистых сплавов путем совмещения электроискрового и термодиффузионного процессов расширяет диапазон технологических методов обработки металлических материалов и способствует повышению износостойкости высоконагруженных поверхностей различных деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания
Ключевые слова: ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ, ТВЧ-НАГРЕВ, СКОРОСТНОЕ ТВЧ-БОРИРОВАНИЕ, КАРБИД БОРА, ЖЕЛЕЗО-БОРИДНАЯ ЭВТЕКТИКА, ИНТЕРМЕТАЛЛИДЫ
http://dx.doi.org/10.21515/1990-4665-173-013
UDC 624.785.53;624.793
05.20.01 Technologies and means of mechanization of agriculture (technical sciences)
ANALYSIS OF COMBINING ELECTRIC SPARK AND THERMODIFUSION METHODS FOR HARDENING THE SURFACES OF APC MACHINE PARTS
Rozhkov Yuri Nikolaevich junior researcher e-mail: gosniti@mail.ru RSCI SPIN-code: 6622-7560 Web of Science ResearcherlD ABB-6158-2021
Federal Scientific Agroengineering Center VIM, Moscow, Russian Federation
Wear-resistant coatings were obtained on the basis of boron carbide with additives of aluminides when electro-spark alloying of steel 65G followed by HFC-borating under a layer of charge. The thickness of the coatings reaches 600 ... 1000 microns, the surfacing time is 1 -2 min. The use of the method of hardening iron-carbon alloys by combining electro-spark and thermal diffusion processes expands the range of technological methods for processing metal materials and contributes to an increase in the wear resistance of highly loaded surfaces of various parts operating under conditions of abrasive wear
Keywords: ELECTRO-SPARK ALLOYING, HIGH-FREQUENCY HEATING, SPEEDY HIGH-FREQUENCY BORATING, BORON CARBIDE, IRON-BORIDE EUTECTIC, INTERMETALLIC COMPOUNDS
Введение.
Для улучшения физико-механических характеристик и восстановления изношенной поверхности различных деталей, функционализации их поверхности, поверхностного упрочнения и повышения ресурса техники в машиностроении широко применяются методы нанесения покрытий наплавкой, напылением, электроискровой обработкой, химико-термической обработкой и др. [1-2]. Особое место среди процессов упрочнения занимает борирование, когда на стальной поверхности получают
протяженные (до 500... 800 мкм) слои, отличающиеся высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и стойкостью к коррозии [3]. Однако большинство из известных в настоящее методов борирования стали (печное, газовое, электролитическое) длительны, трудоемки, не автоматизированы и плохо встраиваются в технологические схемы современных производств.
Нами было показано, что значительная интенсификация борирования происходит при ТВЧ-нагреве стальной поверхности под слоем специальной борирующей шихты до температур образования новых боридных фаз и эвтектик при 1100-1350 оС, в системах Fe-B, Fe-B-C и Fe-Me-B-C, где Ме - это легирующий сталь элемент из группы: Cr, Mn, Ni и т.п. [4]. Были рассмотрены вопросы применения таких покрытий для увеличения срока службы различных деталей [5], а учитывая высокую скорость борирования новый технологический процесс было предложено называть термином скоростное ТВЧ-борирование.
Цель исследования
Получение и материаловедческие исследования износостойких покрытий, полученных при скоростном ТВЧ-борировании стали 65Г, предварительно модифицированных электроискровым легированием электродом Т15К6 для увеличения толщины покрытия, и влияния технологических параметров совмещенной обработки ЭИЛ + ТДП на свойства полученных покрытий.
Материалы и методы исследования
Развивая экспериментальные исследования измененных поверхностных слоев (ИПС) образцов из среднеуглеродистой стали 40 при совмещении ЭИ метода нанесения покрытий и термодиффузионного процесса (ТДП) и их свойств, были подвергнуты исследованиям 5 видов образцов из стали 65Г после аналогичной обработки, включая образцы без покрытия, принятые эталонными. Новизна этой работы заключалась как в изменении
материала образцов, так и технологии ТДП. Последнее заключалось в обработке образцов с ЭИ покрытиями не просто скоростным ТВЧ-борированием с использованием традиционной технологии, а с применением легирующих добавок в борирующую шихту. Основанием для этих исследований послужили ранее выполненные работы [1-5].
Испытания выполнены на испытательном стенде «Машина 1». Гистограмма результатов испытаний указана на рисунке 1 Испытаниям подлежали образцы без покрытий, 8 штук (эталон) и 4 серии образцов по 3 штуки с покрытиями (таблица1, рисунок 2).
=Иэ/Ишжр
ТВЧ1 - В4С+ флюс П-0.66; ТВЧ2 - В4С+Бе2Л15, флюс П-0.66; ТВЧ3 - В4С,
флюс П-0.66; ЭИЛ + ТВЧ3 Рисунок 1 - Гистограмма результатов испытаний образцов из стали 65Г в условиях абразивного изнашивания Результаты и обсуждение
В таблице 1 приведены данные по технологии обработки испытанных модельных образцов, на рисунке 2 - внешний вид образцов с покрытиями после испытаний на абразивное изнашивание.
Таблица 1 - Технология обработки модельных образцов из стали 65Г
(размеры 60х40х3 мм)
№№ образцов Вид покрытия Шихта
состав описание
1, 7*, 4 Термо-диффузионное (ТВЧ) В4С+(флюс П-0.66) смесь борирующая
5, 6, 9* В4С+Ге2Л15 (флюс П-0.66) смесь борирующая + железо-алюминий
2, 8, 10* В4С+П-0.66 смесь борирующая
3*, 11, 12 Комбини-рованное (ЭИЛ+ТВЧ) ** ЭИЛ + наплавочная смесь с бором совмещение методов последовательного нанесения покрытий ЭИЛ+ТВЧ
* - образцы, подвергнутые металлографическим исследованиям
** - ЭИ покрытия нанесены на установке «БИГ-5» (режим № 65), удельное время обработки 2 т, электрод ВК8 сечением 48 мм2
Эталон № 7 (ТВЧ) № 9 (ТВЧ) № 10 (ТВЧ) № 3 (ЭИЛ+ТВЧ) Рисунок 2 - Образцы из стали 65Г: эталонный; с ТД покрытиями (№№ 7, 9,
10); комбинированным ЭИ+ТВЧ покрытием (№ 3) - см. таблицу 1 В процессе выполнения данного этапа работ эталонные образцы из стали 65Г и аналогичные образцы с упрочняющими покрытиями были подвергнуты в Наноцентре ФНАЦ ВИМ металлографическим исследованиям на рисунке 4. а также испытаниям в лаборатории № 13.2 на относительную износостойкость в условиях абразивного изнашивания в таблице 2.
а б
а - наплавленный слой (х1000); б - зона термического влияния (х200) Рисунок 4 - Образец № 3 (ЭИЛ + ТВЧ3)
Таблица 2 - Относительная износостойкость образцов
Материал (Е) Относительная износостойкость
Сталь 40(эталон) 1
Борирование 8,974
Борирование с добавлением интерметаллида Ге2Л15 4,159
Борирование с добавлением интерметаллида 5,015
Электроискровое легирование с последующим бо-рированием 9,688
Вывод
Сравнительные испытания относительной износостойкости материала покрытий на стали 65Г с добавлением в основную шихту для скоростного борирования интерметаллидов Бе2Л15 с эталоном (сталь 40) показали что, введение этих добавок повышает износостойкость в 4,2 - 5,01 раз.
Совмещение методов упрочнения ЭИЛ+ТВЧ с добавками интерме-таллидов позволили получить повышение относительной износостойкости в 9,7 раза.
Использование метода упрочнения железоуглеродистых сплавов путем совмещения электроискрового и термодиффузионного процессов рас-
ширяет диапазон и должен быть принят во внимания для дальнейших исследований технологических методов обработки металлических материалов и способствует повышению износостойкости высоконагруженных поверхностей различных деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания.
Список литературы
1. V. I. Ivanov and V. P. Lyalyakin. Improving the efficiency of electrospark treatment of metallic surfaces by combining the method with other methods / Welding International, 2017, VOL. 31, NO. 2, 157-160.
2. Лобачевский, Я. П. Метод получения эффективной лигатуры для борирования стали / Я. П. Лобачевский, В. Ф. Аулов, А. В. Ишков, Н. Т. Кривочуров, В. В. Иванай-ский, В. И. Иванов // Металлург. - 2018. - № 10. - С. 21-26.
3. Аулов, В. Ф. Влияние легирования бором на структуру сварочных швов для стали 65Г / В. Ф. Аулов, А. В. Ишков, В. В. Иванайский, В. П. Лялякин, Н. Т. Кривочу-ров // Сварочное производство. - 2018. - № 5. - С. 38-42.
4. Shchegolev, A. V. Modification of wear-resistant coatings of Fe-Cr-C system based on the &3C2 obtained with help of SHS method / A. V. Shchegolev, V. F. Aulov, A. V. Ish-kov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2018. - № 441. - С. 012047.
5. Дорохов, А. С. Применение интерметаллидов для повышения износостойкости покрытий при скоростном ТВЧ-борировании / А. С. Дорохов, А. В. Ишков, В. В. Ива-найский, Н. Т. Кривочуров, В. Ф. Аулов, В. И. Иванов // Технический сервис машин. -2019. - № 136. - С. 143-155.
References
1. V. I. Ivanov and V. P. Lyalyakin. Improving the efficiency of electrospark treatment of metallic surfaces by combining the method with other methods / Welding International, 2017, VOL. 31, NO. 2, 157-160.
2. Lobachevskij, Ja. P. Metod poluchenija jeffektivnoj ligatury dlja borirovanija stali / Ja. P. Lobachevskij, V. F. Aulov, A. V. Ishkov, N. T. Krivochurov, V. V. Ivanaj-skij, V. I. Ivanov // Metallurg. - 2018. - № 10. - S. 21-26.
3. Aulov, V. F. Vlijanie legirovanija borom na strukturu svarochnyh shvov dlja stali 65G / V. F. Aulov, A. V. Ishkov, V. V. Ivanajskij, V. P. Ljaljakin, N. T. Krivochurov // Sva-rochnoe proizvodstvo. - 2018. - № 5. - S. 38-42.
4. Shchegolev, A. V. Modification of wear-resistant coatings of Fe-Cr-C system based on the Cr3C2 obtained with help of SHS method / A. V. Shchegolev, V. F. Aulov, A. V. Ishkov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2018. - № 441. - S. 012047.
5. Dorohov, A. S. Primenenie intermetallidov dlja povyshenija iznosostojkosti pokrytij pri skorostnom TVCh-borirovanii / A. S. Dorohov, A. V. Ishkov, V. V. Ivanajskij, N. T. Krivochurov, V. F. Aulov, V. I. Ivanov // Tehnicheskij servis mashin. - 2019. - № 136. - S. 143-155.
