Повышение качества поверхностного слоя методом комбинированной электромеханической обработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Стандартизация и управление качеством продукции

УДК 621.2.082.18

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МЕТОДОМ КОМБИНИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Горленко Александр Олегович, академик академии проблем качества,

д.т.н., профессор (e-mail: [email protected]) Шевцов Михаил Юрьевич, аспирант (e-mail: [email protected])

Брянский государственный технический университет, г.Брянск, Россия

Рассмотрена технология формирования изностойкого поверхностного слоя имплантированием материалов на основе карбида вольфрама. Исследовано влияние имплантированного порошка карбида вольфрама на формирование в поверхности трения углеродистой стали градиентных износостойких структур, образующихся в процессе реализации технологии комбинированной электромеханической обработки (ИКЭМО). Показано, что при термосиловом воздействии в зоне пластической деформации протекает интенсивная аустенизация стали с растворением порошка карбида вольфрама и последующим образованием композиционных высокодисперсных структур в результате распада пересыщенного вольфрамом переохлажденного аустенита.

Ключевые слова: поверхностный слой; износостойкость; электромеханическая обработка; упрочнение; карбид вольфрама; качество поверхностного слоя, триботехнические испытания.

Описание установки

Карбиды вольфрама W2C и WC достаточно широко и эффективно применяются при получении различных функциональных материалов. Данные карбиды обладают высокой твердостью, износостойкостью и тугоплавкостью, что является исключительным сочетанием свойств для создания износостойких и жаропрочных сплавов.

Целью проведения исследований в данной работе является выявление непосредственной взаимосвязи износостойкости цилиндрических поверхностей трения с условиями комбинированной электромеханической обработки.

Перед проведением экспериментальных исследований были подготовлены образцы и инструментальная оснастка. Технология ИКЭМО реализуется на специальной установке, представляющей собой технологический комплекс, состоящий: из универсального станка (применяемого для механической обработки заготовок) с соответствующими инструментами и приспособлениями для закрепления обрабатываемой детали и подвода электрического тока большой силы и малого напряжения; силового блока

для преобразования промышленного электрического тока; блока управления режимами обработки; средств коммутации и подвода смазывающе-охлаждающей технологической среды; блока сопряжения с ПЭВМ.

Общий вид установки для ИКЭМО представлен на рис. 1

Рис. 1. Общий вид установки для ИКЭМО

Установка предназначена для поверхностного упрочнения и отделочной обработки цилиндрических поверхностей деталей машин, изготовленных из средне-, высокоуглеродистых, легированных сталей и высокопрочного чугуна. Применение переменного тока промышленной частоты (от управляемого источника питания) обеспечивает плавный переход твердости от поверхности к сердцевине, большую глубину упрочнения (до 2 мм), высокую микротвердость упрочненного слоя (до 1000 НУ), шероховатость поверхности (без отделочной обработки) в пределах Яа = 0,8 - 3,2 мкм. Обработка цилиндрических поверхностей постоянным током производится, когда не требуется большая глубина упрочнения (до 0,6 мм), а необходимо значительное уменьшение значений параметров исходной шероховатости (до Яа = 0,2 - 0,4 мкм).

Детали с наружными цилиндрическими поверхностями трения (валы, оси, втулки, ролики, поршни) в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, к которым предъявляются следующие требования: высокая прочность, хорошая обрабатываемость, малая чувствительность к концентрации напряжений, а также способность подвергаться термической обработке. Одной из наиболее часто применяемой сталью для таких деталей является сталь 45.

При выборе инструмента для электромеханической обработки были проанализированы существующие схемы обработки и инструментальное обеспечение к ним. В каждой схеме и в каждом инструменте были найдены как положительные моменты, так и отрицательные. Учитывая это, была разработана и изготовлена сдвоенная инструментальная головка (рис. 2).

Рис. 2. Инструментальная оснастка для электромеханической обработки

Из-за соображений электробезопасности и потери энергии, особенно при обработке крупных деталей, подвод тока осуществляется через два ролика-электрода. Так как горизонтальное положение роликов не обеспечивает обработку в начале детали (контактирует только один ролик) и значительно увеличивает ширину инструмента, было выбрано вертикальное расположение роликов. Токоподводящие шины изолированы от штоков. Под напряжением находятся только токоподводящие шины, оси роликов и сами ролики. Направляющие, корпус, резцедержатель и станок изолированы.

Так как инструмент для упрочнения деталей электромеханической обработкой работает в жестких условиях (высокие температурные и силовые нагрузки), а так же при этом способе воздействия необходима высокая электрическая проводимость материала инструмента, теплопроводность и достаточная твердость и износостойкость контактной поверхности, то наиболее целесообразным является применение в качестве материала инструмента тугоплавких металлов с насыщением объема материалами на основе меди (псевдосплавы). Был применен псевдосплав, который представляет собой пористый «каркас» в виде «губки» из карбида вольфрама, пропитанный медью.

Основываясь на полученном опыте при создании инструментальной оснастки для электромеханической обработки, была разработана и изготовлена инструментальная оснастка для имплантирования порошка карбида вольфрама. Она также состоит из двух роликов, только вместо псевдосплава применены ролики из жаропрочной стали 95Х18.

Перед проведением эксперимента бала установлена зависимость между перемещением суппорта на токарном станке и создаваемой нагрузкой на инструментальной головке. Измерение проводились на динамометре цифровом PCE FM-200. Рабочая поверхность образцов перед проведением экспериментов подготавливалась точением.

Для чистовой обработки образцов после упрочнения была разработана и изготовлена шлифовальная головка, применяемая для установки на токар-

ный станок. Она состоит из углошливовальной машины мощностью 1300 Вт с настройкой режимов резания, прикрепленной к оправке для установки в резцедержатель станка, вместо отрезного круга закрепляется шлифовальный круг.

Методика проведения экспериментальных исследований.

Для получения математических зависимостей выходных факторов от входных факторов эксперимента был проведен множественный регрессионный анализ. Существует несколько специальных способов постановки факторных экспериментов, для которых разработаны специальные сокращенные методы вычислений. Одним из них является эксперимент, включающий факторы, каждый из которых устанавливается только на двух уровнях: верхнем (+1) и нижнем (-1). Такие эксперименты называют факторными типа 2П, где п - число входных факторов.

План и условия испытаний (ИКЭМО)

Условия проведения ИКЭМО.

ПКПС перед обработкой - точение наружной цилиндрической поверхности образца, изготовленного из стали 45 без предварительной термической обработки, Яа = 2,04 мкм.

Ролики, изготовленные из стали 95Х18, закалка, низкотемпературный отпуск, НЯС 58 - 60.

Подача: Б = 0,6 мм/об.

Варьируемые факторы:

- сила тока I, кА / % от мощности установки (плотность тока А/мм ): «-» 0,7 / 40% (350); «+» 1,1 / 55% (550);

- скорость обработки ио, м/с (м/мин) при Б = 46 мм : «-» 0,024 (1,41); «+» 0,065 (3,93);

- усилие прижатия роликов Б, Н (давление р, МПа): «-» 50 (12,5); «+» 100 (25,0).

Условия проведения ЭМО.

Ролики, изготовленные из псевдосплава карбида вольфрама с электротехнической медью.

Подача: Б = 0,6 мм/об.

Режимы обработки:

- сила тока I, кА / % от мощности установки (плотность тока А/мм ): 1,4 / 60% (700);

- скорость обработки ио, м/с (м/мин) при Б = 50 мм : 0,024 (1,41);

- усилие прижатия роликов Б, Н (давление р, МПа): 100 (25,0).

Таблица 1 - Исходные данные для множественного регрессионного _анализа (план эксперимента 2 )_

№ опыта Технологические факторы ИКЭМО Выходные параметры

х!(/) х2(»о) х3^) Яа, мкм I, 10 - 10 1,е 10 - 10

1 - - - 2,65 0,51 2,77

2 + - - 2,03 0,69 2,34

3 - + - 1,54 1,54 3,01

4 + + - 1,15 0,95 2,61

5 - - + 2,51 0,78 2,70

6 + - + 2,72 0,82 2,03

7 - + + 1,45 1,47 2,92

8 + + + 0,84 1,21 2,46

Таблица 2 - Результаты триботехнических испытаний образцов

Триботехническое свойство Показатель Значение показателя для образца (. Ч° опыта)

1 2 3 4 5 6 7 8

Прирабатываемость к , ч 1,82 1,75 1,18 2,08 2,25 1,48 1,85 1,67

к0 , мкм 5,5 4,2 4,0 4,5 5,0 3,2 4,3 3,6

Го / / 1,26 1,16 1,36 1,19 1,25 1,19 1,23 1,17

Антифрикционность / 0,23 0,25 0,22 0,26 0,24 0,24 0,22 0,23

Износостойкость к, мкм 6,3 5,3 6,8 5,9 6,1 4,6 6,6 5,6

I, 10 - 10 0,51 0,69 1,54 0,95 0,78 0,82 1,47 1,21

I,Е-10 - 10 2,77 2,34 3,01 2,61 2,70 2,03 2,92 2,46

Результаты множественного регрессионного анализа План эксперимента 23 ИКЭМО образцов, изготовленных из Ст45 Объект: УравнРегр ИКЭМО 1Ь Исходные данные: ) = [350 ... 550] ио = [1,41 .. 3,93] р = [12,5 .. 25,0]

Таблица 3 - Результаты множественного регрессионного анализа

№ х1 х2 х3 Уш У) У1 У)

1 - - - 3; 3; 3 2,8 0,441 2,9

2 + - - 2; 2; 2 2,3 0,368 2,4

3 - + - 3; 3; 3 3,0 0,477 3,2

4 + + - 3; 3; 3 2,6 0,415 2,6

5 - - + 3; 3; 3 2,7 0,430 2,7

6 + - + 2; 2; 2 2,0 0,306 2,2

7 - + + 3; 3; 3 2,9 0,464 3,0

8 + + + 2; 2; 3 2,5 0,389 2,5

Коэффициенты регрессионной модели:

к0 = 40,49; к1 = -0,42; к2 = 0,11; к3 = -0,09;

Проверка значимости уравнения регрессии: Брег = 10,23 > 4,94 Регрессионная связь значима.

Проверка значимости коэффициентов в уравнение регрессии: = 24,26 > 4,49 Коэффициент к1 значим. Б2 = 36,71 > 4,49 Коэффициент к2 значим. Б3 = 16,02 > 4,49 Коэффициент к3 значим.

Проверка адекватности регрессионной модели: Бад = 1,52 < 3,26 Регрессионная модель адекватна.

Примечание.

Приведены графики зависимостей: Ш = :(|); Ш = :(ио); Ш = :(р) при очередном варьировании одной из переменных | ио, р в уравнении регрессии

Iн = 40,49 • 10"10 • ]-0И2 •и00,11 • р-0,09

Диапазоны изменения переменных соответствуют верхнему и нижнему уровням входных факторов. При изменении одной из переменных значения двух других являютсмя средними из диапазона их изменений: |ср = 450 А/мм ; иоср = 2,67 м/мин; рср = 18,75 МПа.

2,9502.900 — 2,8502,8002,750-

Ih

2,650 -2.6002.5502,5002,4502.400 —

3SO 360 370 380 ЗЭО -400 410 420 430 440 450 460 470 480 4Э0 500 510 S20 530 540 550

j. АУмы2

-i-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

1,60 1,SO 2,00 2,20 2,40 2,60 2.ВО 3,00 3,20 3,40 3,60 3.80

и м/мин

-1-1-1-1-1-1-1-1-[-1-1-1-1

13.0 14,0 15,0 16.0 17.0 18.0 1Э.0 20.0 21,0 22.0 23.0 24.0 25,0

и. МПа

Рисунок 1 - График зависимости Ih от j,u, р.

Результаты множественного регрессионного анализа План эксперимента 23 ИКЭМО образцов, изготовленных из Ст45 Объект: УравнРегрИКЭМО Ra Исходные данные j = [350...550] ио = [1,41...3,93] p = [12,5...25,0]

Зависимость Ih (j, р)

Таблица 4 - Результаты множественного регрессионного анализа

№ х1 х2 х3 Уш У] У1 У]

1 - - - 3; 3; 3 2,7 0,423 2,8

2 + - - 2; 2; 2 2 0,306 2,2

3 - + - 1; 2; 2 1,5 0,186 1,4

4 + + - 1; 1; 1 1,1 0,059 1,1

5 - - + 2; 3; 3 2,5 0,398 2,7

6 + - + 3;3;3 2,7 0,433 2,1

7 - + + 1; 1; 1 1,4 0,16 1,3

8 + + + 1; 1; 14 0,8 -0,077 1

Коэффициенты регрессионной модели:

к0 = 114,44; к1 = -0,57; k2 = -0,69; k3 = -0,05; Проверка значимости уравнения регрессии:

Fрег = 8,84 > 4,94 Регрессионная связь значима. Проверка значимости коэффициентов в уравнении регрессии: F1 = 14,65 > 4,49 Коэффициент к1 значим. F2 = 16,63 > 4,49 Коэффициент k2 значим. F3 = 6,80 > 4,49 Коэффициент k3 значим. Проверка адекватности регрессионной модели:

Fад = 1,73 < 3,26 Регрессионная модель адекватна. Примечание.

Приведены графики зависимостей: Ra = Д(]); Ra = Д(ио); Ra = Д(р) при очередном варьировании одной из переменных ] ио, р в уравнении регрессии

Яа = 114,44 • у'-0'57 • и^0'69 • р~0'05

Зависимость Ка и0, р)

(-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

350 360 370 330 390 400 410 420 430 440 450 460 470 4В0 490 500 510 520 530 540 550

А/мы2

-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

1.60 1.60 2,00 2.20 2,40 2,60 2.60 3,00 3,20 3,40 3,60 3.60

и, м/мин

I I I I I I I I I I I I I

13,0 14,0 16.0 16,0 17,0 18.0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0

р. МПа

Рисунок 3 - График зависимости Ra от ],и, р

Диапазоны изменения переменных соответствуют верхнему и нижнему уровням входных факторов. При изменении одной из переменных значе-

ния двух других являютсмя средними из диапазона их изменений: |ср = 450 А/мм ; иоср = 2,67 м/мин; рср = 18,75 МПа.

Проведение эксперимента.

Имплантирование карбидов вольфрама в поверхностный слой при электромеханической обработке [1, 2] производится на определенных режимах. На поверхность перед обработкой они наносятся обмазкой, предварительно размешанные в определенной пропорции с консистентным графитным смазочным материалом на основе литиевого мыла.

При имплантировании карбида вольфрама применялись следующие режимы обработки: выходная сила тока 0,9 кА; напряжение 2,6 В; давление, создаваемое на поверхности детали 100 Н/мм .

Процесс имплантирования показан на рис. 4. Частицы карбида вольфрама внедряются в формируемый поверхностный слой, армируя его. Затем на этой же поверхности проводится электромеханическая обработка (ЭМО) на упрочняющих режимах (рис. 5).

При ЭМО были использованы следующие режимы: сила тока 1,4 кА; напряжение 2,9 В; давление, создаваемое на поверхности детали 110 Н/мм . Эффект упрочнения при ЭМО достигается благодаря тому, что реализуются высокие скорости нагрева и охлаждения, и достигается высокая степень измельченности аустенитного зерна, которая обусловливает мелкокристаллические структуры закалки поверхностного слоя, обладающего высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами

[3].

Рисунок 4 - Процесс имплантирования карбида вольфрама

Рисунок 5 - Упрочнение при ЭМО

Рисунок 6 - Структура поверхности стального образца, упрочненного карбидом вольфрама, х100

В результате проведения эксперимента установлено, что при комбинированной электромеханической обработке после проведения конечных измерений, диаметр образца остается в пределах поля допуска.

Результаты исследования.

В результате обработки на поверхности формируется трехслойная градиентная структура, состоящая из упрочненного слоя толщиной (180...220) мкм (рис. 6, слой 1), первого нижнего подслоя толщиной (200...250) мкм (рис. 6, слой 2), второго нижнего подслоя толщиной (20.40) мкм (рис. 6, слой 3) и матрицы, состоящей из нормализованной стали 45.

Слой 2 (рис. 6) представляет собой слабонасыщенный вольфрамом феррит, по границам зерен которого выделяется сетка карбида вольфрама.

Следовательно, в процессе имплантирования и упрочнения, в слое 2 выделяется максимальное количество энергии, которое переводит систему в метастабильное состояние с последующим образованием ячеистой структуры (рис. 7).

Данные ячеистые структуры имеют ярко выраженное эвтектическое строение, однако, сетка состоит из нитевидных кристаллов карбида вольфрама чередующихся с изолированными глобулярными высокодисперсными частичками карбида вольфрама (менее 1 мкм). Причем, сами нити эвтектической сетки состоят из коагулировавших диспесных глобулей карбида вольфрама, образуя в целом, единую композиционную структуру.

В соответствии с известной диаграммой Гв - Ж, температура слоя 2 в процессе обработки превышает температуру 1060°С, соответствующую перитектоидной реакции. В этих температурных условиях протекает полиморфное превращение железа с образованием аустенита и растворением карбида вольфрама в аустените

Мад = 50 08 КX 1 ||1П WD ■ 10.1 ими ЕИТ - 20 00kV &gnalA = AsB Date 1? Dec 2015 Time 12 47:15

ULTRA PLUS-40-4S | | Aperture Size = 30 00 pm ESB Gnd is = 701V Noise Reducbon = Une Irt Busy

Рисунок 7 - Ячеистая структура переохлажденного аустенита в слое 2 (сетка карбида вольфрама по границам аустенитных зерен), х50800

Микротвердость по Виккерсу измерялась на микротвердомере мод. ПМТ-3М. Измерение диагоналей отпечатков проводилось на микроскопе металлографическом инвертированном мод. Метам ЛВ-34 с применением автоматизированной системы анализа «Микро-Анализ View». В табл. 5 приведены значениям микротвердости по Виккерсу для многослойной упрочненной градиентной структуры износостойкой поверхности.

Для определения триботехнических показателей были проведены комплексные сравнительные испытания на трение и изнашивание конструкционной стали 45 с градиентной структурой упрочненной поверхности и дос-

таточно дорогих и технологически сложных в получении современных износостойких покрытий и материалов.

Таблица 5 - Микротвердость поверхностного слоя стали 45, _упрочненного карбидом вольфрама_

Микровердость слоев, НУ, МПа

Слой 1 Слой 2 Слой 3 Матрица

741.846 546.633 431.525 304.332

Для комплексных сравнительных испытаний износостойкости исследовались наружные цилиндрические поверхности образцов, изготовленных из сталей Р18 и 45, с применением следующих технологий:

- объемная закалка, низкотемпературный отпуск (сталь Р18);

- объемная закалка, низкотемпературный отпуск (сталь Р18) + покрытие с твердо-растворным упрочнением из соединений с разным типом межатомных связей системы Т1-А1-И толщиной 3 мкм, нанесенное с применением технологии РУЭ (в вакууме с помощью электродугового источника плазмы и сепарации плазменного потока);

- объемная закалка, низкотемпературный отпуск (сталь Р18) + покрытие с многофазной структурой системы Ыо-Сг-И толщиной 3 мкм, нанесенное с применением технологии РУЭ (в вакууме с помощью электродугового источника плазмы и сепарации плазменного потока);

- комбинированная электромеханическая обработка (ИКЭМО) - формирование имплантированого карбидами вольфрама поверхностного слоя на поверхности нетермообработанной стали 45 и последующее электромеханическое упрочнение обрабатываемой поверхности.

Образцы с покрытиями на основе Т1-А1-И и Ыо-Сг-И были изготовлены в ООО «НПФ «Плазмацентр» (г. Санкт-Петербург).

Комплексные сравнительные испытания образцов в условиях граничной смазки проводились на автоматизированной установке, созданной на базе машины трения МИ-1М, нормализованным методом с использованием нагружающего устройства оригинальной конструкции [4]. По результатам анализа регистрируемых параметров определялись следующие показатели триботехнических свойств: время приработки t0, ч; приработочный износ Н0, мкм; среднее значение коэффициента трения в период нормального изнашивания /; отношение максимального значения коэффициента трения в период приработки/0 к/; среднее значение интенсивности изнашивания в период нормального изнашивания 1Н = (Н - Н0) / (Ь - Ь0), где Н, мкм - суммарная величина износа образца за время испытаний, Ь, мкм - путь трения, пройденный поверхностью образца за время испытаний, Ь0 - путь трения, пройденный поверхностью образца за время приработки; значение интенсивности изнашивания за общее время испытаний

¡НЕ = Н / Ь.

Испытания образцов проводились при следующих условиях: скорость скольжения и = 1 м/с; нормальное усилие нагружения N = 100 ± 0,5 %, Н (соответствует давлениям, рассчитанным по Герцу, порядка 150 МПа); вид первоначального контакта - пластический насыщенный; вид смазки - граничная; вид смазывания - окунанием; ведущий вид изнашивания - усталостное; смазочный материал - масло индустриальное И - 20А (ГОСТ 20799 - 88); материал индентора - твердый сплав ВК8; общее время испытаний каждого образца - 6 ч.

Результаты испытаний образцов, обработанных с применением выше описанных технологий на модернизированной установке МИ-1М представлены в табл.2.

Таблица 6 - Результаты триботехнических испытаний _на модернизированной установке МИ-1М_

Триботехническое свойство Показатель Значение показателя для образца

Сталь Р18 Сталь Р18 + Ti-Al-N Сталь Р18 + Mo-Cr-N Сталь 45 + ИКЭМО

Прирабатываемость to, ч 1,12 0,58 0,75 0,45

h0, мкм 7,5 1,30 1,50 1,70

fo/f 1,61 1,42 1,46 1,19

Антифрикционность f 0,31 0,32 0,25 0,24

Износостойкость h, мкм 16,1 9,70 9,60 4,6

4-10 - 10 3,44 3,12 3,09 1,44

4-10 " 10 5,55 3,35 3,32 2,03

На рис. 7 в качестве примера приведены результаты испытаний образца с графиками изменения износа и коэффициента трения в режиме реального времени для стали 45, обработанной методом ИКЭМО. Сравнение результатов триботехнических испытаний образцов нормализованным методом показало, что минимальными значениями коэффициента трения, времени приработки и износа обладает сталь 45 с градиентной структурой поверхностного слоя с имплантированными карбидами вольфрама и последующим электромеханическим упрочнением. Кривые износа для образцов стали Р18 и с покрытиями систем Т1-А1-И и Мо-Сг-И характеризуются ускоренным ростом износа после износа покрытия. Кривая износа для образца стали 45 после ИКЭМО более стабильна.

По результатам триботехнических испытаний установлено, что интенсивность изнашивания поверхности трения образцов стали 45 с градиентной структурой поверхностного слоя после имплантирования карбидами вольфрама и последующим электромеханическим упрочнением в период нормального изнашивания меньше по сравнению (в скобках указаны значения для общего времени испытаний):

- с термообработанными образцами - в 2,4 (2,7) раза;

- с образцами после РУБ (покрытие системы Т1-Л1-Ы) - в 2,2 (1,7) раза;

- с образцами после РУБ (покрытие системы Мо-Ст-Ы) - в 2,1 (1,6) раза. Таким образом, высокие показатели износостойкости градиентной

структуры поверхностного слоя стали 45 с имплантированными карбидами вольфрама являются следствием композиционного упрочнения за счет формирования высокодисперсных карбидных структур на основе карбидов вольфрама (менее 1 мкм) различной морфологии (ячеистая сетка, нить, зерно) и как следствие, более высокие значения микротвердости.

Триботехничеекие испытания цилиндричэеких-поверхноетей трения

18.10.2017 10:06:00 18.10.2017 16:06:00

Создать отчёт

Бремя испытании, с

BE600

Путь трения, м ■22618,5

Скорость ск, .м/с биение образца,мкм

)1,047 I 1,39

Давление, МПа Нагрузка, Н

150,85 $100,03

10,08,06,04:0" 2,00,0-

Износ, МКМ

Коэффициент трения

Коэффициент трения

0;2ЭЕ£

о;зо -

о; 25 г 0,200,100,07- ...... ....................... .................................

10:06:12,447 11:00:00,000 12:00:00,000 -43:00:00,000 14:00:00,000 15:00:00,000 16:06:02

-.8.02.2014 18.02.2014 18.02:2014 18.02,2014 18.02.2014 18.02:2014 18.02.2С

ТгУ'е

Рисунок 7 Результаты испытаний образца стали 45 после формирования имплантированного карбидами вольфрама слоя и последующего электромеханического упрочнения (ИКЭМО)

Износ, мкм 4,6 Нуль

Выводы:

1. Фактически поверхностный слой углеродистой стали 45 представляет собой градиентную структуру, похожую на структуру инструментальной стали Р18, причем с более высокой твердостью как следствие композиционного упрочнения выделяющимися карбидными фазами различной морфологии.

2. Градиентная структура представляет собой ячеистый переохлажденный аустенит, стабилизированный вольфрамом и армированный карбидной сеткой, состоящей из агрегатированных высокодисперсных (менее 1 мкм) нитевидных и округлых частиц карбида вольфрама.

3. Наличие градиентной структуры, имеющей плавный переход в основную металлическую матрицу стали 45, обеспечивает монолитную сцеп-ляемость упрочненных слоев, которые не отслаиваются друг от друга в процессе изнашивания.

4. Модификация поверхности трения стали 45 за счет имплантирования и композиционного упрочнения порошком карбида вольфрама методом

ИКЭМО, позволяет существенно повысить износостойкость поверхностей трения, что подтверждается триботехническими испытаниями.

Список литературы

1. Горленко, А.О. Технология создания износостойких поверхностных слоев с имплантированными материалами на основе карбида вольфрама. Справочник. / А. О. Горленко, С.В. Давыдов // Инженерный журнал. - 2017. - №1 (238) - С. 3 - 10.

2. Горленко, А. О. Упрочнение поверхностей трения деталей машин при электромеханической обработке / А.О. Горленко // Вестн. БГТУ. - 2011. - № 3. - С. 4 - 8.

3. A.O. Gorlenko, M.Y.Shevtsov. Improving technology combined electromechanical processing // Journal of Advanced Research in Technical Science. - North Charleston, USA: SRC MS, CreateSpace, 2018. - Issue 9-1. - 100 p. - рр 56 - 61.

4. Суслов А.Г., Горленко А.О. Электромеханическая обработка/ Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Суслова, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2001. - Т.2. - С. 553-562

5. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1978. - 528 с.

6. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин. - М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

7. Горленко, А.О. Технологическое оборудование для комбинированной электромеханической обработки / А.О. Горленко, М.Ю. Шевцов // Машиностроение: инновационные аспекты развития: материалы Междунар. науч-практ. конф. - СПб: СПбФ НИЦ МС, 2018. - №1. - 136 с. - С. 43 - 46.

Gorlenko Alexander Olegovich academician of the Academy of Quality Problems, Doctor of Technical Sciences, Professor. (e-mail: [email protected])

Shevtsov Mikhail Yurievich post-graduate student. (e-mail: [email protected])

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Bryansk State Technical University", Bryansk, Russia

IMPROVING THE QUALITY OF THE SURFACE LAYER BY THE METHOD OF COMBINED ELECTRO-MECHANICAL PROCESSING

The technology of forming a wear-resistant surface layer by implanting materials based on tungsten carbide is considered. The effect of an implanted tungsten carbide powder on the formation of gradient wear-resistant structures in the friction surface of carbon steel formed in the process of implementing the combined electromechanical processing (ICEMO) technology is studied. It is shown that during thermosilic action in the zone of plastic deformation an intensive austenization of steel occurs with the dissolution of tungsten carbide powder and the subsequent formation of composite highly disperse structures as a result of the decomposition of supercooled austenite supersaturated with tungsten. Key words: surface layer; wear resistance; electromechanical processing; hardening; Wolfram carbide; surface layer quality, tribotechnical tests.