CC BY
20
УДК 620.22:621.9.048.4
ФОРМИРОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ КОНСТРУКЦИОННОЙ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ Казанцева Анна Евгеньевна, ст. преподаватель E-mail: kazanceva_annae @mail.ru Омский государственный технический университет,
г.Омск, Россия
В статье представлены результаты экспериментальных исследований формирования поверхностного слоя конструкционной легированной стали 18ХГТ методом электроискрового легирования электродом ВК8. Полученный поверхностный слой, обладает сложной многофазной структурой и комплексом повышенных эксплуатационных свойств.
Ключевые слова: электроискровая обработка, модифицирование, структура.
Введение. Современный этап развития техники предъявляет повышенный интерес к технологиям, которые обеспечивают возможность получения поверхностного слоя конструкционных материалов, обладающие сложной многофазной структурой и комплексом повышенных эксплуатационных свойств. Электроискровая обработка является одной из технологий для получения в приповерхностном слое, сложной многофазной структуры, обладающей повышенными физико-механическими свойствами.
Данная работа посвящена исследованию сформированной поверхности конструкционной легированной стали 18ХГТ при электроискровой обработке электродом ВК8.
Методика исследований
Электроискровая обработка (ЭИО) производилась на установке- «IMES -01-2» следующими технологическими режимами: , напряжение между электродом и обрабатываемой поверхностью находилось в пределах U = 80 - 160 В, емкость разряда конденсаторов С = 14 - 100 мкФ, частота разряда составляла 400 Гц. Контроль разрядного тока осуществлялся по стрелочному указателю, находящемуся на лицевой панели генератора ЭИЛ [2].
Непосредственно перед обработкой поверхность образцов подвергалась предварительной очистки: обезжиривание обрабатываемой поверхности образца бензином или спиртосодержащей жидкостью. Обработке подвергались образцы легированной стали 18ХГТ в состоянии поставки. В качестве материала электрода использовали твердый сплав ВК8.
Основным упрочняющим фактором при электроискровом легировании (ЭИЛ) является электроэрозионный процесс, создающий анодно-катодный массовый поток. Воздействие потока электронов на поверхность анода создает эрозионную массу, обладающую повышенной степенью ионизации и сверхвысокой температурой. Приближаясь к катоду, эродированная мас-
са вступает в активное физико-химическое взаимодействие с атомарным азотом и углеродом воздуха, окончательно формируя состав и энергетическое состояние анодного массового потока, и как следствие, структуру, состав и свойства образующегося модифицированного поверхностного слоя [2].
Методика исследования осуществлялась путем изучения влияния материала легирующего электрода и технологических режимов ЭИО на морфологию, поверхностную твердость, толщину покрытий и шероховатость поверхностей формируемых при электроискровой обработке.
Результаты и их обсуждение
Морфологию поверхности легированного слоя проводили на сканирующем зондовом микроскопе Solver PRO методом атомно-силовой микроскопии.
Морфология поверхностного слоя при электроискровой обработки легированной стали 18ХГТ электродом ВК8 представляет собой ряд хаотически расположенных неровностей (шаровых сегментов), полученных в результате многократного воздействия на деталь электрических импульсов (рис.1).
Процесс нанесения легированного слоя характеризуется определенным временем обработки, после которого увеличение толщины наносимого слоя прекращается и наступает стабилизация легированного слоя [3].
Рис. 1 Образование легированного слоя на образце стали 18ХГТ полученный ЭИЛ электродом ВК8
Поверхностную твердость формируемых поверхностных слоев определяли микротвердомером ПМТ-3М при нагрузке на индентор 0,49 Н. Глубина внедрения составляет 1-1,5 мкм.
По полученным значениям строили зависимости поверхностной твердости от технологических режимов ЭИО (напряжение между электродом и обрабатываемой поверхностью, емкость конденсаторов) образцов стали 18ХГТ (рис.2,3). Анализ полученных зависимостей НУ = ^Ц) и НУ = :(С) показывает, что наиболее высокие значения поверхностной твердости покрытий (НУ 500-520) наблюдаются при повышение энергетических режимов обработки. Однако при изменении технологических режимов элек-
троискровой обработки характер изменения поверхностной твердости покрытий разнообразный.
Наибольшее значение поверхностной твердости обеспечивается при ЭИО электродом ВК8 с напряжением между электродом и обрабатываемой поверхностью и = 160 В и емкостью конденсатора С = 60 мкФ. Дальнейшее увеличение напряжения и емкости конденсатора приводит к резкому снижению и неустойчивому характеру поверхностной твердости исследуемой поверхности.
Толщину наносимого покрытия электродом ВК8 определяли на горизонтальном оптиметре ИКГ-3 относительным методом измерения. Результаты исследования толщины покрытий в зависимости от режимов обработки представлены виде диаграмм (рис.4).
НУ, МПа 630 610 590 570 550 530 510 490 470 450 430 410 390 370 350 330 310 290 270 250
80
100
120
140
И, В
160
1
2
3
Рис.2 Зависимость поверхностной твердости от напряжения для стали 18ХГТ, легированной электродом ВК8 при емкости: 1 - 14 мкФ, В; 2 - 60 мкФ; 3 - 90 мкФ
HV, МПа
600 -560 -520 -480 -440 -400 360 -320 -280
0
Рис.3 Зависимость поверхностной твердости от ёмкости для стали 18ХГТ, легированной электродом ВК8 при напряжении: 1 - 80 В; 2 - 100 В; 3 - 120 В; 4 - 140 В; 5 - 160 В
/VA7V
ЗО 2"5 2>0 75 70 5
7 3 4- 5
Рис. 4 Толщина покрытия поверхностей образцов стали 18ХГТ после ЭИЛ
электродом ВК8
1 - U= 80В,С=60мФ; 2 - U= 100В,С=60мФ; 3 - U= 120В,С=60мФ; 4 - U= 120В,С=60мФ; 5 - U= 160В,С=60мФ
Гистограмма плотности распределения высот на поверхности стали 18ХГТ после ЭИО электродом ВК8 выполнена на сканирующем зондовом микроскопе Solver PRO методом атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме сканирования на воздухе с использованием зондовых датчиков марки NSG10 с резонансной частотой 219 кГц и радиусом закругления кончика зонда 10 нм показана на (рис. 5).
im I
Рис. 5 Гистограммы плотности распределения высот поверхности образца стали 18ХГТ после ЭИЛ электродом ВК8 а) и= 80В,С=60мФ; б) и= 100В,С=60мФ; в) и= 140В,С=60мФ; г) и=
160В,С=60мФ
Шероховатость поверхностей покрытия нерегулярна и во всех направлениях одинакова и зависит от технологических режимов и времени обработки.
Выводы
На основе проведенных исследований отмечено, что формирование поверхностного слоя методом электроискровой обработки на основе легированной стали 18ХГТ, электродом ВК8 позволяет получить структуры поверхностного слоя, обладающие повышенными механическими свойствами. Наиболее благоприятным режимом обработки является режим, при котором ёмкость конденсатора установки равна 60 мкФ, напряжение между электродами равно 160 В.
Список литературы
1. Верхотуров А. Д.,Технология электроискрового легирования метал-лических поверхностей / А.Д.Верхотуров, И.М.Муха - Киев: Техника, 1988.-181 с.
2. Казанцева, А.Е. Влияние электроискрового легирования на уровень сил адгезионного взаимодействия / А.Е. Казанцева // Современные материалы, техника и технология: материалы 3-й Международной научно-практической конференции. - 2013. - Том 2. С. 226 - 230.
3. Ким В. А. Самоорганизация в процессах упрочнения, трения и изнашивания режущего инструмента/Владивосток: Дальнаука,2001, - 203с.
4. Лазаренко, Б.Р. Электроискровой способ изменения исходных свойств металлических поверхностей / Б.Р. Лазаренко, Н.И. Лазаренко. - М.: Изд-во АН СССР, 1958. -177 с.
Kazantseva Anna Evgenievna, art. teacher (E-mail: kazancevaannae @mail.ru) Omsk State Technical University,Omsk, Russia
FORMATION OF MORPHOLOGY OF SURFACE OF CONSTRUCTIONAL DEPOSITED STEEL IN ELECTRIC SPEED PROCESSING Abstract. The article presents the results of experimental studies of the formation of the surface layer of structural alloy steel 18XGT by the method of electrospark alloying with VK8 electrode. The resulting surface layer has a complex multiphase structure and a complex of enhanced performance properties. Key words: electrospark processing, modification, structure.
