CC BY
7
В порядке дискуссии
О методологии упрочнения и восстановления исполнительных поверхностей деталей машин, повышении эффективности и критериях оценки при ЭИЛ. Часть 2. Методологическая схема исследований процесса ЭИЛ и показатели его эффективности
*Л. А. Коневцовс
В. И. Иванов , А. Д. Верхотуров
"Федеральное государственное бюджетное научное учреждение, Федеральный научный агроинженерный центр «ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ), г. Москва, 109428, Россия, е-шаП: tehnoinvest-vip@mail.ru ьФедеральное государственное бюджетное учреждение науки, Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук (ФГБУН ИВЭП ДВО РАН), г. Хабаровск, 680063, Россия сФедеральное государственное бюджетное учреждение науки, Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук (ФГБУН ИМ ХНЦ ДВО РАН), г. Хабаровск, 680042, Россия, е-шаП: konevts@yandex.ru
Описано достижение требуемых функциональных свойств исполнительных поверхностей различных токопроводящих изделий машиностроения, деталей путем обработки их методом электроискрового легирования (ЭИЛ). Во второй части рассмотрены методологические вопросы, касающиеся исследований процесса ЭИЛ и выбора критериев его оценки с учетом дополнительных факторов.
Ключевые слова: электроискровое легирование, методология, функциональные свойства, деталь, исполнительная поверхность, легированный слой, технология, анод, катод.
УДК 621.9.048 Б01: 10.5281^епоао.1345700 ВВЕДЕНИЕ
В литературе отсутствуют систематические сведения о методологии достижения, в том числе электроискровым легированием (ЭИЛ), требуемых функциональных свойств исполнительных поверхностей (ИП) различных объектов: деталей машин, инструментов для механической обработки материалов в холодном и горячем состоянии (далее по тексту - деталей). При этом использование методологии обеспечивает научный подход в исследованиях с учетом всех предусмотренных в ней аспектов, возможность создания показателей эффективности исследуемых процессов, в частности ЭИЛ. Методология должна составлять основу при выборе методов обработки, назначении необходимого оборудования, технологических режимов и прочего с целью достижения требуемых параметров поверхности и свойств поверхностного слоя. Ее отсутствие снижает эффективность исследований, затрудняет разработку эффективных технологий, оценку оптимальных областей применения, необходимых направлений развития ЭИЛ.
В первой части статьи рассмотрен ряд методологических схем (МС), связанных с получением функциональных ЭИЛ-покрытий. Рассмотрены основные методологические положения упрочнения и восстановления ИП методом ЭИЛ с учетом их функционального назначения (ФН), показана особая роль материала анода во взаимосвязи с материалом катода при создании легированного слоя (ЛС). В данной части работы рассмотрен подход к созданию МС исследований ЭИЛ, выбора анодного материала, критериев эффективности формирования ЛС, учета ряда дополнительных факторов, влияющих на эффективность метода.
РАЗРАБОТКА МС ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРОЦЕССА ЭИЛ И ВЫБОРА КРИТЕРИЕВ ЕГО ОЦЕНКИ
На рис. 1 показаны вариант разработки МС исследования процесса ЭИЛ, основные этапы, последовательность исследований, в том числе с использованием критериев эффективности.
МС рассмотрена на примере достижения требуемых свойств ИП, в частности, износостойкости, твердости, коррозионной стойкости,
© Иванов В.И., Верхотуров А.Д., Коневцов Л.А., Электронная обработка материалов, 2018, 54(4), 1-8.
наиболее часто формулируемых исходя из ФН. Как видно из рис. 1, осуществлению процесса ЭИЛ предшествует изучение характеристик анодного и катодного электродных материалов на базе парадигмы материалогии [1]. Материал катода определяется при конструировании детали, и при ЭИЛ его фактические характеристики лишь уточняются. Выбор материала анода рационального состава и свойств осуществляется с использованием банка научных данных. Его поиск из существующего ряда или создание новых материалов нередко вызывают затруднения, поэтому на практике часто выбирают материал электрода на основе приобретенного опыта. Последнее зачастую не учитывает ФН ИП, что приводит к низкой эффективности результатов ЭИЛ.
Рис. 1. МС исследования ЭИЛ.
Поэтому для обоснования выбора материала анода требуются прежде всего формулировка гипотезы и модельные исследования. В данной МС предлагаемой гипотезой является возможность разработки и использования критериев и параметров повышения эффективности ЭИЛ деталей (износостойкости, твердости, коррозионной и жаростойкости) с выбором анодного материала, режимов ЭИЛ (рис. 1). В соответствии с гипотезой выполняются модельные эксперименты, исследования формирования ЛС и его свойств, в первую очередь, тугоплавкими металлами 1У-У1 групп и другими самсонидами ([2, 3]), соединения которых отличаются улучшенными указанными выше свойствами, необходимыми для исполнения ФН ИП деталей машин; сюда отнесем известные металлокерами-ческие твердые сплавы, включая безвольфрамовые.
При этом могут быть выполнены варианты исследований по созданию многослойных, толстослойных, островковых покрытий как с
применением распространенных электродных материалов, так и новых материалов, в том числе металлов и соединений Ме 1У-У1 групп, нитридов, карбидов, боридов, получением ЛС с оксидной, сложной керамикой из нитрида бора. Выводы и рекомендации данных исследований полезны и могут быть использованы для внесения в банк научных данных по выбору анодных материалов для ЭИЛ.
На практике возникают трудности оценки эффективности процесса ЭИЛ. Поэтому ограничиваются, как правило, констатацией свойств и параметров ЛС в зависимости от материалов электродов, состава межэлектродной среды, режимов процесса ЭИЛ. В то же время вариантов получения ЛС большое количество. Отсутствие оценки эффективности процесса ЭИЛ не позволяет объективно и в полном объеме оценить возможности применяемых установок, электродных материалов, вариантов технологии ЭИЛ. Существует потребность в разработке критериев сравнительной оценки как эффективности формирования ЛС, получения его эксплуатационных свойств, так и использования самого метода ЭИЛ с учетом, например, энергозатрат, экологичности, других показателей.
На основе результатов собственных экспериментальных исследований и анализа других опубликованных данных авторами сделаны определенные шаги в направлении разработки критериев оценки эффективности процесса ЭИЛ и покрытий. В таблице [4, 5] приведены некоторые критерии оценки эффективности ЭИЛ: кинетический уЛС, функциональный уф, комплексный уЭИл, энергетический уэ и общий у, а также формулы по определению их значений. Возможно использование также других критериев, которые, обобщая, обозначим удр.. Полученные фактические значения критериев эффективности процесса ЭИЛ ИП деталей могут быть основой выбора анодных материалов, использоваться для включения их в банк научных данных.
Для разработанных критериев эффективности покрытий и процесса ЭИЛ их фактические числовые значения определяются путем проведения лабораторных экспериментов, отработки режимов ЭИЛ, исследования химического, фазового составов, структуры, физико-химических и эксплуатационных свойств ЛС. Они могут быть положены в основу выводов и рекомендаций по выбору анодных материалов, использоваться для включения их в банк научных данных. А также могут быть показателями ожидаемых результатов практического применения метода ЭИЛ.
С помощью МС исследований (рис. 1) и схем, разработанных выше (часть 1 статьи), была проведена работа по обоснованию выбора мате-
* Все тугоплавкие соединения (бориды, карбиды, нитриды, алюминиды, силициды, фосфиды и т.д.) по предложению академика М.М. Ристича с 1978 г. стали называть «самсонидами» [2, 3].
Некоторые критерии эффективности ЭИЛ
Критерии Формула Примечание
УЛС - кинетический критерий эффективности формирования ЛС. уЛС = ЕДкКп Тх / /, г/см2 ЕДк - суммарный прирост массы катода к удельной поверхности, г/см2; Кп - коэффициент переноса (безразмерный); Тх - время начала хрупкого разрушения ЛС, мин/см2; t - время ЭИЛ, мин .
Уф = уСв.1 - функциональный критерий эффективности свойств ЛС. Уф = Усб.1 = Слс/Со СЛС, С0 - физико-химические или эксплуатационные свойства ЛС и основы соответственно.
УЭИЛ - комплексный критерий эффективности ЭИЛ. Уэил = УлсТф, г/см2 Отражает показатели формирования и свойств ЛС (улс и Уф).
уэ - энергетический критерий эффективности ЭИЛ. Уэ = Уэил • Уф/Е, г/см2- Дж или г/см2-ВА Е - энергетический показатель, Дж или В-А - Е - мощность искровых импульсов.
у - общий критерий эффективности покрытий. У = Уф • Поб., где Поб. может включать неучтенные параметры Эк /Е П - показатель себестоимости единицы изменения свойств поверхности ЭИЛ; Эк - показатель экологичности процесса ЭИЛ.
Определяется экспериментально как максимальное время ЭИЛ до начала разрушения нанесенного слоя, оцениваемого получением отрицательного значения прироста массы катода.
риала легирующего электрода с применением критериев эффективности в последовательности, согласно предложенной МС (рис. 2). Здесь производными, соответствующими функциональному критерию, связанному с эксплуатационными свойствами ЛС уС, являются ух(ф)с. -химического (фазового) состава; устр. - структуры; усв. - физико-химических свойств.
Парадигма материалогии
Обоснование выбора материала легирующего анода: ФН, С, От, Св
Банк научных данных I
~~Т~
-1 Вы воды
Исследования кинетики формирования ЛС
Показатели и критерии эффективности
V1
ч ■Уп
Исследования химического, фазового состава ЛС
Исследования структуры Л С
Тле
У*(фН
Устр.
Усв.
Исследования физико-химических, эксплуатационных свойств ЛС
Рис. 2. МС выбора материала анода.
В соответствии с МС (рис. 2) на базе парадигмы материалогии и банка научных данных осуществлялось обоснование выбора материала легирующего анода. Было выполнено уточнение ФН анода, его состава, структуры и свойств. Затем выполнялось предварительное исследование кинетики массопереноса модельных материалов на примере элементов 1У-У1 групп (исходя из частной задачи при уточнении ФН). Среди модельных анодных материалов отбирались металлы, обладающие наибольшим суммарным электромассопереносом на катод
I=Х
^Дк и не имеющие порога хрупкого разру-
>=0
шения (Тх) в пределах назначенных режимов и
длительности (¿) ЭИЛ единичной поверхности. Было установлено, что такими металлами являются Т1, Та, Мо, которые входят в состав прочных и износостойких сплавов. Затем выполнялось детальное исследование кинетики массопе-реноса электродных материалов из Т1, Та, Мо и других на ИП деталей с определением изменения массы катода Ак и коэффициента переноса Кп.
После чего определялись значения режимов обработки, при которых образцы с приведенной удельной площадью поверхности (1x1 см) имели наиболее значимые величины характеристик ЛС (толщины, физико-химических, механических и эксплуатационных свойств) при ЭИЛ с длительностью времени (). Далее, в соответствии с МС выбора материала анода (рис. 2), выполнялось исследование химического, фазового составов, структуры и свойств ЛС на выбранных режимах. Затем проводились анализ и обобщение результатов исследований, отбор наиболее значимых показателей и определение значений критериев эффективности: уЛС, уЭИЛ, уСвл. В результате были сформулированы выводы и предложения по внесению полученных сведений в банк научных данных и использованию их для обоснования выбора материала легирующего анода (рис. 2).
Следует отметить, что обоснование выбора известных и разработка новых критериев эффективности ЭИЛ и формирования ЛС на ИП деталей связаны, в первую очередь, с функциональным назначением ИП (рис. 3) и требуемыми их эксплуатационными свойствами.
Согласно ФН ИП детали для обеспечения ее эксплуатационных свойств разрабатывается технология ЭИЛ, характеризуемая кинетикой формирования ЛС и энергетическими затратами использования метода, обеспечивающая получение требуемых сплошности, шероховатости,
толщины покрытия, микротвердости, сцепляе-мости с основой и других показателей, определяемых структурой, химическим и фазовым составом ЛС. Структура и свойства ЛС, в свою очередь, определяются преимущественно физико-химическими и эксплуатационными свойствами материала анода из ряда известных или новых материалов.
Кинетика формирования ЛС
Затраты энергии
__1_^^ I
___Показатели процесса ЭИЛ
~п IX
Другие показатели:сплош-ность, шероховатость, и т.д.
ь
Химический и фазовый составь! ЛС
Структура ЛС
Функциональное назначение ИП деталей машины
Обоснование выбора критериев эффективное™: улс;уф; Ъил; Уэ< Т*др.
I
Эксплуатационные свойства катодных материалов_
(Физико-химические и эксплуатационные свойства анода!
.7
Обо снование требовали й к созданию анодных материалов
т
Смачиваемость материалов электродов Неограниченная растворимость анода в катоде Диффузионные свойства материала анода при ЭИЛ Высокая твердость и износостойкость материала анода Низкая температура перехода в хрупкое состояние (Тх<0 °С) Высокая температура плавления и жаропрочность материала анода
Рис. 3. Обоснование выбора критериев эффективности формирования ЛС на ИП деталей методом ЭИЛ.
Параметры, характеризующие процесс формирования ЛС (уЛС), его свойства (уф) и их комплексное действие (уЭИЛ), а также связь с энергетическими затратами (уэ) (рис. 1), можно отнести к основным критериям эффективности ЭИЛ и формирования ЛС.
Кроме указанных критериев эффективности, характеризующих метод ЭИЛ и формируемый ЛС, могут быть разработаны и другие критерии на основе ФН ИП деталей машин и достигаемых физико-химических и эксплуатационных свойств анодного материала и ЛС. Их разработка обусловливается требованиями учета ряда других факторов, оказывающих существенное влияние на эффективность ЭИЛ и определяющих выбор анодных материалов. В основе такой разработки лежит ФН ИП деталей, определяющее физико-химические и эксплуатационные свойства материалов катода и анода.
УЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВЫБОР КРИТЕРИЕВ
Существует множество факторов, которые надо учитывать при выборе имеющихся и разработке новых критериев, определяющих эффективность ЭИЛ, при создании новых анодных материалов (рис. 3). Кроме рассмотренных выше, определяющих выбор критериев эффективности ЭИЛ, следует учитывать ряд других факторов, оказывающих наиболее суще-
ственное влияние на физико-химические и эксплуатационные свойства анода, формирование ЛС. Среди них, по нашему мнению, выделяются следующие доминирующие факторы, учет которых может привести к разработке и созданию новых критериев эффективности ЭИЛ, показать оценку и новые возможности метода ЭИЛ в его исследованиях:
1. Твердость, температура плавления, модуль упругости играют значительную роль среди факторов, влияющих на выбор материала анода и обоснование критериев эффективности ЭИЛ. Их следует отнести к доминирующим факторам, определяющим формирование ЛС, его химический и фазовый состав для создания износостойких поверхностных слоев на ИП деталей, отвечающих ФН. Например, можно назначать зарекомендовавшие себя тугоплавкие элементы 1У-У1 групп таблицы Менделеева и сплавы на их основе. При назначении состава электродных материалов, в зависимости от ФН ЛС, можно ориентироваться на «пирамиды» плавления и твердости (рис. 4, 5), построенные и дополненные нами на основе разработок Г.В. Самсонова, И.Ф. Прядко, П.С. Кислого в Институте проблем материаловедения (ИПМ) и Институте сверхтвердых материалов НАН Украины [6].
Использование данного подхода можно рекомендовать, в частности, для модельных исследований при создании анодных материалов, которые обеспечивали бы формирование ЛС повышенной твердости, износостойкости, других улучшенных свойств, определяемых исходя из ФН ИП. При этом существует потребность создания «библиотеки», банка данных соединений исходных металлов и ^-элементов, которые с С, К, В (в частности, металлами 1У-У1 групп) позволяют получать токопроводный анодный материал и ЛС, содержащий самсо-ниды, по твердости и температуре плавления превосходящие WC (рис. 4, 5 [7]).
2. Модуль упругости (Еу) материалов имеет взаимосвязь с твердостью (рис. 6) и также является одной из важнейших характеристик, влияющих на эксплуатационные свойства ЛС. Его также можно отнести к доминирующим факторам при выборе анодного материала. Идея повышения модуля упругости может быть плодотворной при создании слоистой структуры ИП деталей машин с плавным переходом Еу от ее основы к ИП внешнего воздействия.
Анализ физико-химических и эксплуатационных свойств ИП ответственных деталей машин, инструментальных материалов показал, что, например, вольфрамсодержащие твердые сплавы, по сравнению с безвольфрамовыми на основе А1203, имеют более высокие значения Еу,
4000
3000 ■
о
о
Э
ь
2000 •
1000
otíb2 " q:r3c2
Bcü _
,c QaÑ O.....(W
AKbo
HtSi; VSt
Otíb,
Ъ fis^j MsS
Ъ Cr;fo
Orea
TaSi-MúSi-
У Вс В С N О А1 51 Р Б
(а) (б)'
Рис. 4. «Пирамиды» твердости (а) и температуры плавления (б) некоторых соединений металлов.
4000'
С N О Al
р-элементы. п
(а)
С N О Al р-элементы, п
(б)
Рис. 5. «Пирамиды» твердости (а) и температуры плавления (б) соединений />-элементов.
Рис. 6. Зависимость модуля упругости Еу от твердости инструментальных материалов.
трещиностойкости, пластичности, предела проч- 3. Выбор макроструктуры ЛС также является
ности при изгибе, однако уступают им в значимым показателем процесса ЭИЛ ИП,
твердости [8]. Очевидно, что перспективу имеет требующим учета при выборе критериев эффек-
создание анодных материалов, в состав которых тивности, который также следует отнести к
входят самсониды с повышенными характери- доминирующим факторам. Создаваемые покры-
стиками Еу, температуры плавления, твердости тия могут быть одно- или многослойными
для нанесения методом ЭИЛ на ИП деталей (рис. 7). Например, если исходя из ФН ИП
функциональных покрытий, в частности много- требуется достижение износостойкости, то
слойных. формируют слоистые покрытия чаще однослой-
ными по схеме: металл-самсонид - основа, сплав-самсонид - основа, композит - основа либо ЛС, в котором имеется слой из тугоплавких соединений и переходный с дисперсными включениями (рис. 7). Однако больший эффект достигается от применения многослойных покрытий. Они реализуют идею плавного перехода от обычных свойств материала детали к повышенным свойствам ИП, работающей в экстремальных условиях.
Рис. 7. Теоретические ЭИЛ-покрытий деталей.
весным состоянием сил между фазами: cos 0 = (утг.- утж)/ужг.; где утг - твердой и газовой; утж - твердой и жидкой; ужг - жидкой и газовой. С уменьшением 0 адгезия расплавленного анодного материала выше, эффективнее массо-перенос.
Рис. 8. Равновесие сил при смачивании.
5. Растворимость материалов системы «анод-катод-среда» положительно влияет на формирование ЛС и его свойств при ЭИЛ. Среди работ, посвященных выбору электродных материалов с учетом физико-химических, механических и эксплуатационных свойств, особое место занимают исследования А.Д. Верхотурова, включая диаграмму растворимости (рис. 9) [9].
(в)
макроструктуры
В идеале каждому материалу детали в соответствии с характером воздействия на ИП должны быть приданы переменные свойства с плавным переходом от исходных (основной базы детали) до требуемых значений ИП, отвечающих ФН. Макроструктура слоистых (более одного слоя) покрытий может конструироваться с чередованием функционального слоя и слоя-связки, например варианты 1б, 2б, 2в, 3в (рис. 7). Для повышения износостойкости эффективна островковая структура покрытий ИП деталей самсонидами, например, с получением в основании «островка» белого слоя (вариант 3б), а также с заполнением межостровкового пространства ЛС легкоплавким износостойким материалом (например, медью и ее сплавами) -вариант 4б (рис. 7). Возможны другие варианты формирования макроструктуры.
4. Смачиваемость материалов анода и катода в микрованнах расплава и осаждение при искровых разрядах в значительной степени влияют на формирование ЛС и зависят от соотношения их теплофизических свойств, краевого угла смачивания материала расплава 0 (рис. 8).
Этот параметр также следует отнести к доминирующим при выборе критериев эффективности ЭИЛ. Как известно [8], он связан с равно-
му Mo Cr Со Ni'Fe Nb Pi Zr Ti Cu Au Ag Al Zn Mg Cd Sn Pb
lu
Pb
Sri
Cd
Mg
Zn
Al
Ag
Au
Cu
Ti
Zr
Pt
Nb
Fe
Ni
Co
Cr
Mo
©
occootcoooо
0000#©©#Ф©©0 •.©»©©ООО© ООО© © о ©©»© оо©ооо«оо © ©we© овоооо© ©0000Q09CQ о:оо р©ооооо©©оооо
. о о© о ПШрШ сшо
___о ©с+ж,
Ьоо©ооооо ©о©о©»о©
ооооооо оооооо ооооо оооо
ООО
оо
Q
Растворимость:
ф -менее 0,! %, обе фазы в жидком состоянии
9 -менее 0,1%, одна фаза жидкая
© -от 0,1% до 1% одна фаза жидкая
О -свыше 0,1% одна фаза жидкая
Рис. 9. Диаграмма растворимости химических элементов при ЭИЛ: чем выше растворимость, тем эффективнее формирование ЛС (по А. Д. Верхотурову) [9].
Оценку растворимости элементов для прогноза получения составов ЛС методом ЭИЛ также можно выполнить с использованием составленной в ИПМ НАНУ версии таблицы Менделеева применительно к задачам материаловедения [10]. Пользуясь ею, например при ЭИЛ железа (Бе: п = 26; 3а6482) и сталей для выбранных анодных материалов и сред, можно прогнозировать состав ЛС:
- непрерывные твердые растворы: а-У; а-Сг; у-Мп; 1г; у-№; у-Р<1; у-Рг;
- ограниченные твердые растворы на основе Бе: Ве; Т1; 2г; у-У; а-,у-, 5-№; Се; Оа; а-И; Ме; у-Ри; у-, З-ЯЬ; Та; у-Сг; Мо; W; Яе; а-, 5-Мп; 08,
Си, а-, у-5-Яи; а-, 5-Со; а-, Р-ЯЬ; а-, Р-№; а-, 5-Ра; Аи; В; С; а-, 5-Р1;; а-, у-, 5-2п; А1; Оа; 81; Ое; 8п; а-, у-К; Р; А8; 8Ь; О; 8; а-, у-И;
- ограниченные твердые растворы с Бе на основе других элементов: 5-, Р-Мп; Мо; Ри; Р-, у-И; а-, р-2г; А1; Аи; Со; а-, Р-Бе; Се; Си; Бу; Бг; Оа; Ое; Ме; №>; е-, 5-Ри; а-, ¿-Т1;
- соединения: Бе; 8с; У; Т1; 2г; Иf; ТИ; V; КЬ; Та; Оа; Ри; Се; Бу; Бг; Ио; Би; Ш; Сг; Мо; И; Яе; Со; 1г; N1; Рг; ЯИ; 8т; Тт; Ра; Рг; Б; А1; Оа; С; 81; Ое; 8п; 2п; К; Р; А8; 8Ь; О; 8; 8е; Те; И;
- эвтектические смеси: Ое; К; КЬ; О; Р; Ри; 8; 8Ь; 81; Та; ТИ; Т1; И; 2п; 2г; А1; А8; Б; Бе; С; Се; Бу; Бг; Оа; Иf; Ба; Ме; W;
- сплавы: Ка; К; Ме; Са; 8г; Ба; Ае; Ие; Т1; РЬ; Б1; И; ЯЬ; Са.
Однако для соединений этот параметр требует создания банка данных.
6. «Химическое сродство» материалов также следует отнести к доминирующим факторам, обширная группа которых влияет на формирование и свойства ЛС, выбор и разработку новых критериев эффективности ЭИЛ. Еще Д.И. Менделеев в своей диссертации предполагал, что силы химического действия («химическое сродство») зависят от размеров частиц, расстояний между ними при взаимодействии. Академик А.А. Байков определяет данный фактор как способность каждого простого тела соединяться с другими элементами и образовывать с ними сложные тела, в большей или меньшей степени склонные давать новые, сложнейшие соединения.
При ЭИЛ этот фактор можно рассматривать как комплексный показатель ряда других влияющих на него факторов, изучение которого ждет своих исследователей. Например, соотношение эрозии Дэ материалов анода и катода повышает эффект ЭИЛ при Дэа >>Дэк [11]. В свою очередь Дэ зависит от показателей: с, р, А, Гпл., Тх (соответственно удельных теплоемкости, электропроводности, теплопроводности, температуры плавления, хладноломкости материалов анода и катода) [11]. Еще в 1951 г. Л.С. Палатник (Харьковский государственный университет) провел исследования искрового разряда, и соотношение К = СрАТ 2 получило название критерия эрозионной стойкости Палатника [12].
К данной группе показателей можно отнести соотношение величин радиусов атома для анодного материала (га) и материала подложки-катода (гк), отвечающих требованиям равенства, либо га < гк [9]. Для элементов радиус атома гат легко определить по таблице Менделеева [10] (порядковый номер совпадает с атомным радиусом, например, С1 = 17 и гат = 17 пм).
При формировании соединений в ЛС этот вопрос ждет своих исследователей.
Следует отметить, что на силы химического взаимодействия оказывает влияние рентгеновская плотность (р). При ЭИЛ эффект формирования ЛС выше, если для материалов анода и катода ра > рк [9]. Интерес представляет также параметр «жесткости» межатомной связи (а) (рис. 10), предложенный [13].
1_I_I_|_
12 3 4
л/а*
Рис. 10. Температура начала резкого роста критического напряжения сдвига ^ в функции от параметра а* материалов с высоким уровнем напряжения Пайерлса-Набарро [13].
Чем больше «жесткость» межатомной связи
(чем больше параметр а*), тем выше оказывается
*
значение t и, следовательно, меньше высокотемпературная область, в которой повышается роль пластической деформации без угрозы хрупкого разрушения. Параметр а (рис. 10) [13] показывает возможность создания ряда анодных материалов с использованием карбидов, боридов, корундов, тугоплавких металлов IV-VI групп, соединений 81, К и других; его использование может служить для прогнозирования свойств ЛС и ждет своих исследователей.
Таким образом, показан методологический подход к исследованию процесса ЭИЛ, разработке критериев его эффективности, обоснованному выбору анодного материала. Предложена МС выбора критериев эффективности формирования ЛС на ИП деталей методом ЭИЛ, направленных на обеспечение соответствия их ФН. Рассмотрен ряд факторов, влияющих на эффективность применения метода ЭИЛ и выбор критериев эффективности, большое их количество свидетельствует о наличии широкого поля деятельности для исследований ЭИЛ.
ВЫВОДЫ
1. Показаны методологические подходы к исследованию процесса ЭИЛ, обоснованному выбору анодного материала, предопределяющего в значительной мере свойства ЛС.
2. Предложена методологическая схема выбора критериев эффективности формирования ЛС методом ЭИЛ, направленных на обеспечение соответствия ИП функциональному назначению.
3. Приведены и рассмотрены доминирующие факторы, влияющие на эффективность ЭИЛ, выбор и разработку критериев эффективности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Верхотуров А.Д., Козырь А.В., Коневцов Л.А.
Научные основы разработки и получение слоистых материалов на поверхности твердых сплавов. Владивосток: Дальнаука, 2016. 275 с.
2. Kislyi P.S. Science of Sintering. 1978, (6), 25-31.
3. Г.В. Самсонов - ученый, учитель, друг. Под ред. М.А. Васильковской, В.И. Иващенко, П. С. Кислого, И.И. Тимофеевой, Л.И. Фиялка. Киев: Наукова Думка, 2012. 192 с.
4. Ivanov V.I., Verkhoturov A.D. and Konevtsov L.A.
Surf EngAppl Electrochem. 2017, 53(3), 218-223.
5. Ivanov V.I., Verkhoturov A.D. and Konevtsov L.A.
Surf Eng Appl Electrochem. 2017, 53(3), 224-228.
6. Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения. Справочник. 2-е изд. М.: Металлургия, 1976. 558 с.
7. Верхотуров А.Д., Гордиенко П.С., Досто-валов В.А., Коневцов Л.А. и др. Высокоэнергетическое локальное воздействие на вольфрамсодержащие материалы и металлы. Владивосток: Изд-во ДФУ, 2012. 472 с.
8. Физика. Большой энциклопедический словарь. Под ред. А.М. Прохорова. 4 изд. М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. 944 с.
9. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. Владивосток: Дальнаука, 1995. 323 с.
10. Щур Д.В., Помыткин А.П., Загинайченко С.Ю., Лысенко Е.А. и др. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева применительно к задачам материаловедения. Киев: типография КПИ, 2015. 1 л.
11. Верхотуров А. Д., Подчерняева И.А., Прядко Л.Ф., Егоров Ф.Ф. Электродные материалы для электроискрового легирования. М.: Наука, 1988. 224 с.
12. Палатник Л.С. ДАН СССР. 1953, 89(3), 455-458.
13. Трефилов В.И., Мильман Ю.В., Фирстов С.А.
Физические основы прочности тугоплавких металлов. Киев: Наукова думка, 1975. 316 с.
Поступила 29.08.17 После доработки 19.01.18
Summary
The paper deals with obtaining required functional characteristics of functional surfaces of various conductive pieces and products of engineering industry by the application of electrospark alloying. Рай: 2 discusses methodological issues related to the process of electro-spark alloying and the selection of criteria for its assessment with the account of additional factors influencing that selection.
Keywords: electrospark alloying, methodology, functional characteristics, pieces, functional surface, alloyed coating, technology, anode, cathode.
