CC BY
0
ON THE STRUCTURE OF CYANIDATED ELECTRODEPOSITED IRON COATINGS
This article examines the structure of electrodeposited iron coatings obtained under various electrolysis conditions and strengthened by cyanidation. The influence of chemical-thermal treatment on the structure of the coating used to restore worn machine parts is shown. Key words: reduction, cyanidation, electrodeposition, chemical-thermal treatment, mosaic block size, dislocation density, microdistortion.
К ВОПРОСУ О ТВЕРДОСТИ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ПОКРЫТИЙ Серебровский Вадим Владимирович, д.т.н., профессор Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия Калуцкий Евгений Сергеевич, к.т.н.
(e-mail: kalutsky1990@mail.ru) Серникова Ольга Сергеевна, аспирант (e-mail: olga.sernikova@mail.ru) Курский государственный аграрный университет
В статье рассмотрены вопросы связанные с достаточно выскокй микротвердостью электроосажденных железных покрытий, а также рассмотрены причины возникновения такой микротвердости
Ключевые слова: микротвердость, электроосаждение, кристаллическая решетка, размеры блоков мозаики.
Как известно, твердость - это одна из главных характеристик покрытий в целом и элекроосажденных покрытий в частности, так как эти покрытия используются для восстановления изношенных деталей машин. По значению твердости можно оценить и другие механические свойства позволяет дать оценку другим механическим свойствам, и в конечном итоге, можно произвести оценку параметров износостойкости и долговечности деталей, подвергнутых восстановлению электроосажденными покрытиями. Электролитическое железо является одним из наиболее распространенных покрытий в практике восстановления деталей [1,2]. Данный способ позволяет получать покрытия с достаточно высокой твердостью, порядка 6000 МПа. Данное значение твердости сопоставимо с аналогичным параметром закаленной стали. Важно заметить, что в электроосажденном железном покрытии отсутствует углерод, наличие которого объясняло достаточно высокую твердость. Исходя из этого особый интерес представляет анализ возникновения такой твердости электроосажденных железных покрытий.
Существуют различные объяснения высокой твердости электроосаж-денного железа: в процессе электролиза значительно искажается кристаллическая решетка железа; возможно наличие оксидов и гидроксидов в структуре получаемых осадков; мелкодисперсность осадка, которая влечет к зернограничному упрочнению и др. [3,4]
Рассмотрим возможные причины повышения твердости электроосаж-денных осадков железа. Искажения кристаллической решетки, по нашим экспериментальным данным, не оказывает значительное влияние на увеличение твердости покрытий. Как показывают результаты рентгенографического анализа (рисунок 1), степень искажения решетки a-Fe в рассматриваемых покрытиях, гораздо ниже аналогичного параметра мартенсита закаленной стали. При этом твердость сравниваемых материалов сопоставима. Наиболее широкие дифракционные пики на рентгенограмме (рисунок 1, б) в сравнении с пиками на рисунке 1,(а) свидетельствуют о незначительном искажении решетки в первом случае. Всевозможные рентгено-структурные исследования осадков электролитического железа, полученных при различных параметрах электролиза, не выявили наличия в покрытиях оксидов, гидроксидов, либо других фаз, способствующих получению высокой твердости [1,2].
i
80 60. 40. 20,
1 , 1!е ¡110)
Л Fe(200)
50 60 70 80 26. гряд
а) б)
Рисунок 1 - Дифрактограммы железного покрытия (а) и мартенсита стали 30 (б), снятые в кобальтовом излучении
Наибольшую вероятность представляет наличие механизма зерногра-ничного упрочнения в осадках. Экспериментальные данные подтверждают, что чем меньше зерно в гальваническом осадке, тем выше твердость этих осадков [5,6].
Скольжение дислокаций испытывает достаточно высокие сопротивления при преодолении границ между зернами осадка железа. Проанализировав влияние размеров зерен на микротвердость, можно заключить, что оно подчиняется следующей модели:
Кб
VI'
где От - предел текучести;
стМо - предел текучести материала при бесконечно большом размере кристалла;
Кб - коэффициент, учитывающий блокировку дислокаций в кристаллической решетке;
L - длина линии скольжения дислокаций.
^Т + гт->
(1)
При этом значение твердости можно выразить через предел текучести, так как между этими величинами присутствует корреляционное соотношение.
Я7 = 3,62сгт, (2)
С учетом выражения (1), принимаем а"Мо = 125 МПа, L = 1/2d, Кб = const, получим следующую формулу:
V10-3 = 4,25+2!2, (3)
Экспериментальная проверка твердости, значения которой рассчитаны по выражению (3), показала достаточно точное совпадение в области достаточно больших размеров зерен (более 1500 А), однако при меньших размерах зерен, экспериментальная твердость значительно выше теоретической (рисунок 2).
Н, МПа
г
6000
5000
то
3000
I 4 \ \ \ \
\ \ \ \ \ \
к \ \ V
ч N N ч \ -
SO0 1000 1500 2000 2500 d À
- теоретическая кридая
----экспериментальная кридая
Рисунок 2 - Влияние размеров зерен на микротвердость электроосажденных железных покрытий
Торможение движущихся дислокаций, вызванное взаимодействием дислокаций с дефектами, рассмотренное с точки зрения напряженного дефектного кристалла, можно достаточно точно описать с помощью следующего выражения
^о = £ • ДУ, (4)
где £ - размерный коэффициент;
Ду- разница удельных масс железа с идеальной кристаллической решеткой и электролитического железа с дефектной решеткой.
Приняв значение размерного коэффициента равным 69,2 МПа-см /г, можно рассчитать сопротивление движению дислокаций в зависимости от плотности электроосажденного железа, которая, в свою очередь, зависит от режимов электролиза (см. таблицу 1)
Таблица 1 - Повышение предела текучести электролитического _железа в зависимости от плотности покрытия_
Катодная плотность тока, а/дм 5 10 15 20
Плотность электроосажденного железа, г/см3 7,65 7,6 7,52 7,41
Расчетное повышение прочности, МПа 10,4 13,8 19,4 27
Повышение прочности, % 6,9 9,2 12,9 18,0
Средний размер субзерна, А 1000 640 440 400
Как видно из таблицы, ужесточение режимов электролиза, которое ведет к образованию в электроосажденном железе большого количества дефектов, вызывает повышение прочности железа, которое может достигать 18% по сравнению с относительно бездефектным материалом, что наблюдается в экспериментах.
Рисунок 3 - Влияние размеров субзерен электроосажденного железа на напряжения трения
Проведя анализ данных, представленных в таблице 1, можно сделать вывод о значительном повышении напряжения при уменьшении размеров субзерен. Наглядная иллюстрация этих зависимостей представлена на рисунке 3. Важно заметить, что рассматриваемая зависимость имеет более выраженный характер при относительно малых размерах зерен.
На основании проведенных экспериментов, в качестве вывода можно заключить, что наибольшее влияние на величину микротвердости оказывают дислокационные процессы мелкокристаллической структуры электроосажденного железа. Остальные рассмотренные причины, являются скорее косвенными.
Также довольно важным замечание считаем, что приведенные заключения имеют место только в качественных покрытиях, не обладающих трещинами и крупными дефектами. Поэтому при проведении процесса электроосаждения работают на таких режимах, которые способствуют наименьшей зернистости, при этом не приводит к образованию трещин.
Список литературы
1. Степашов Р.В., Блинков Б.С., Калуцкий Е.С. К вопросу о восстановлении изношенных деталей // В сборнике: Научное обеспечение агропромышленного производства. материалы Международной научно-практической конференции. 2014. С. 57-58.
2. Серебровский В.И., Богомолов С.А., Калуцкий Е.С. О возможности электроосаждения двухкомпонентных износостойких железомолибденовых и железовольфрамовых сплавов из хлористого железного электролита // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 5. С. 77-78.
3. Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П. Влияние параметров нестационарных режимов на структуру электроосажденного железа // В сборнике: Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ - 2020). сборник статей XII Международнойнаучно-технической конференции, посвященной 25-летию кафедры технологии материалов и транспорта. Курск, 2020. С. 335-338.
4. Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Мясоедова М.А. Влияние режимов электролиза на субмикроструктуру электроосажденного железа // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12. № 2. С. 26-39.
5. К вопросу о сцепляемости электроосажденных покрытий с основным металлом / Серебровский В.И., Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С., Бабичев А. С. // В сборнике: Актуальные проблемы и инновационная деятельность в агропромышленном производстве. материалы Международной научно-практической конференции. Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И. И. Иванова. 2015. С. 216-218.
6. Агеев Е.В., Серебровский В.И. Разработка и исследование технологии восстановления и упрочнения изношенных деталей машин композиционными гальваническими покрытиями с применением в качестве упрочняющей фазы вольфрамсодержащих электроэрозионных порошков микро- и нанофракций // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11. № 2. С. 42-66.
7. Электроосаждение железо-боридных покрытий/ Серебровский В.В., Серебровский В.И., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С.// Электрика. 2015. № 11. С. 33-35.
8. Восстановление и упрочнение деталей машин композиционными гальваническими покрытиями/ Агеев Е.В., Серебровский В.И., Латыпов Р.А., Серебровский В.В., Се-менихин Б. А., Агеева Е.В., Гнездилова Ю.П.// Курск, 2011.
9. Концепция постановки стратегических направлений развития свеклосахарного подкомплекса АПК Российской федерации/ Святова О.В., Серебровский В.И.// Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 1. С. 41-47.
10. Исследование формы и морфологии поверхности частиц порошков, применяемых при восстановлении и упрочнении деталей машин/ Агеев Е.В., Серебровский В.И., Семенихин Б.А., Агеева Е.В., Латыпов Р.А.// Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 1. С. 72-75.
11. Упрочняющее легирование электроосажденного железа/ Серебровский В.И., Се-ребровский В.В., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П.// вестник курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 4. с. 68-71.
12. Синтез нечетких решающих правил для прогнозирования и ранней диагностики по прогностическим таблицам с использованием методов рефлексодиагностики/ Серебровский В.И., Коптева Н.А., Крупчатников Р.А., Стародубцева Л.В.// Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2008. Т. 7. № 3. С. 643-648.
13. Упрочнение электроосажденных покрытий цианированием/ Серебровский В.В., Серебровский В.И., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С.// Электрика. 2015. № 11. С. 31-33.
14. Легирование молибденом электролитического железа/ Серебровский В.И., Саф-ронов Р.И., Калуцкий Е.С., Крюков А.Г.// Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 45.
15. Использование электроосажденных сплавов на основе железа для упрочнения и восстановления деталей машин/ Серебровский В.И., Серебровский В.В., Блинков Б.С., Калуцкий Е.С.// Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 41-43.
16. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электроосажденными сплавами железо-титан/ Калуцкий Е.С., Серебровский В.И., Серникова О.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2023. № 1 (46). С. 47-52.
17. Влияние подготовки поверхности на прочность сцепления электроосажденных покрытий/ Серебровский В.И., Серникова О.С., Кончин В.А.// Современные материалы, техника и технологии. 2023. № 1 (46). С. 79-85.
18. Оптимизация процесса электроосаждения покрытия железо-вольфрам/ Сереб-ровский В.И., Калуцкий Е.С., Серникова О.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2023. № 2 (47). С. 108-113.
19. Исследование износостойкости электроосажденных покрытий/ Серникова О.С., Серебровский В.И., Калуцкий Е.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2022. № 6 (45). С. 77-82.
Serebrovsky Vadim Vladimirovich, Doctor of Technical Sciences, professor1 Kalutsky Evgeny Sergeevich, Candidate of Technical Sciences 2 Sernikova Olga Sergeevna, postgraduate student2 1st-Western State University 2KUR State Agrarian University
ON THE QUESTION OF THE HARDNESS OF ELECTRODEPOSITED IRON COATINGS
The article discusses issues related to the sufficiently high microhardness of electrodeposited iron coatings, as well as the causes of such microhardness
Keywords: microhardness, electrodeposition, crystal lattice, dimensions of mosaic blocks.
