CC BY
151
УДК 620.22:621.9.048.4
Ю. К. МАШКОВ Д. Н. КОРОТАЕВ
А. Е. КАЗАНЦЕВА
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
Омский государственный технический университет
СУЩНОСТЬ МЕТОДА ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ
Рассматривается проблема повышения эксплутационных свойств деталей машин, приборов методом поверхностного электроискрового легирования и упрочнения. Перечислены основные технологические задачи метода электроискрового легирования. Рассматриваются физико-химические основы процесса формирования легированного слоя конструкционных сталей.
Проблема повышения эксплутационных свойств (износостойкости, жаростойкости, коррозийной стойкости) деталей машин, приборов методами поверхностного легирования и упрочнения приобретает все большую актуальность. В настоящее время существуют различные методы поверхностного упрочнения и легирования, каждый из которых имеет свои оптимальные области применения. Метод электроискрового легирования позволяет получать высокую прочност ь сцепления легированного слоя и материала основы, возможности нанесения на упрочняемую поверхность любых токопроводящих материалов, в том числе тугоплавких металлов и соединений, низкая энергоемкость процесса, простота выполнения технологической операции.
Метод электроискрового легирования позволяет решать следующие технологические задачи:
- упрочнить приповерхностные слои широко используемых конструкционных материалов на основе железа, титана, алюминия путем нанесения на поверхности металлов, твердых сплавов, сверхтвердых материалов;
- варьировать в заданном направлении химическим и фазовым составом поверхности путем легирования металлами, интерметаллидами, соединениями, графитом с целью повышения коррозионной стойкости, износостойкости, изменения электросопротивления, эмиссионно-адсорбционных, теплофизических и других свойств;
- варьировать в заданном направлении микрокристаллической, макрокристаллической, наноструктурой приповерхностных слоев материалов;
- восстановить геометрические размеры деталей машин и инс трумента с одновременным упрочнением поверхности 11,2.3].
Возможности метода зависят от получения в приповерхностном слое катода материала определенного химического состава и структуры, прочно связанного с ма териалом основы.
Получение легированного слоя с заданным химическим, фазовым составами, структурой и свойствами связано с длительными экспериментами но определению и выбору оптимальных режимов обработки, материала легирующего электрода.
Физико-химические основы процесса формирования легированного слоя являются важной составной
частью теоретических основ процесса электроискрового легирования. Сущность метода состоит в том, что при искровом разряде в газовой среде происходит эрозия материала анода и перенос продуктов эрозии на катод, на поверхности которого образуется слой измененной структуры и состава, как за счет транспорта материала, гак и за счет действия импульсных тепловых и механических нагрузок, возникающих при электроискровом легировании. В результате действия одного импульса в газовой среде на аноде и катоде образуются лупки. Однако при воздействии искрового разряда в газовой среде наблюдаются различия в формировании лунок в связи с более интенсивным переносом эродированного материала на противоположный электрод, особенно катод Образовавшиеся на катоде лунки в различной степени заполняются образовавшимся композиционным материалом, являющимся результатом взаимодействия перенесенного материала анода и материала катода, а также меж-электродной среды. Этот материал отличается от основного материала, не поддается обработкетравите-лями, предназначенными для основного материала. Причиной различных явлений на аноде и катоде является то, что на аноде выделяется на порядок больше энергии искрового разряда, чем на катоде. Это приводит к образованию на аноде лунки больших размеров и к меньшему влиянию термомеханических факторов [ 1).
Совмещение импульсного и механического воздействия искрового разряда при электроискровом легировании обуславливает высокую степень упрочнения по уровню энергии, запасенной поверхностным слоем.
В процессе электроискрового легирования в поверхностном слое образуются микротрещины, неоднородность слоя по толщине, химическому, фазовому составу и механическим свойствам. На поверхности стали получается мелкокристаллическая структура, которую трудно выяви ть обычными тра-вителями.
Анализ вклада различных типов дефектов кристаллической решетки в избыточную свободную энергию кристалла свидетельствует о том, что она более чем на 90% заключена в энергии дислокационных скоплений. Поэтому для характеристики эффективности поверхностного упрочнения методом электроискрового легирования необходимо определить плот-
ность дислокаций в исследуемом материале. Особый интерес представляют данные о состоянии структуры поверхностных слоев материала при различных видах ее обработки в сравнении с обработкой методом электроискрового легирования (2).
Максимальное искажение кристаллической решетки поверхностного слоя достигается при электроискровом легировании. Оно выражается в измельчении блоков, формировании микроискажений, соответствующих 60%-му уровню микроскопической прочности и наибольшей плотности дислокаций. При этом появляются высокие растягивающие напряжения. снижающие показатели долговечности. Неблагоприятным фактором является высокое содержание остаточного аустенита, который не позволяет в полной мере реализовать возможности метода по повышению износостойкости.
Таким образом, повышение твердости и прочности легированного слоя определяется материалом электродов и режимом обработки. Однако влияние перечисленных фак торов на эффект легирования будет различным в зависимости от природы материала электродов и величины электрических параметров.
Библиографический список
1. Верхотуров. Л.Д. Формирование поверхностного слон металлов при электроискровом легировании. Владивосток: Даль-наука. 1995.320с.
2. Лукич ев Б.Н.. Белобрагин ЮА. Повышение -эффективности поверхностного упрочнения при электроискровом легировании деталей машин.
3. Ким, В.А. Сомоорганизация в процессах упрочнения, трения и изнашивания режущего инструмента. Владивосток: Лдль-наука, 2001.199 с.
МАШКОВ Юрий Константинович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой физики Сибирской государственной автомобильно-дорож-ной академии (СибЛДИ).
КОРОТАЕВ Дмитрий Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление качеством» СибАДИ.
КАЗАНЦЕВА Анна Евгеньевна, аспирант, ассистент кафедры «Ма териаловедение и технология конструкционных материалов» Омского государственного технического университета.
Статья поступила в редакцию 05.07.07 г.
© Ю. К. Машкой. Д. II. Коротаев, А. Е. Казанцева
УДК 69.057.7 в. И. ГУРДИН
В. Н. КУЗНЕЦОВА
В. Г. АЗАРОВ
Омский государственный технический университет
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
К ВОПРОСУ О СОЗДАНИИ ЭФФЕКТИВНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН
В статье приведены теоретические и экспериментальные исследования основных факторов, влияющих на повышенный износ рабочих органов землеройных машин при разработке мерзлых и прочных грунтов. Анализ исследований позволяет разработать методику проектирования рабочих органов землеройных машин повышенной износостойкости.
На территории Западной Сибири идет активная разработка нефтегазовых месторождений. Обустройство и строительство нефтегазопроводов ведётся в основном в зимнее время ввиду высокой заболоченности местности. Поэтому вопрос разработки данных видов грунтов является достаточно актуальным.
Сравнительный анализ методов разработки мёрзлых грунтов показывает, что наиболее эффективна механизированная разработка с помощью навесных статических рыхлителей. Стоимость рыхления мёрзлых грунтов статическими рыхлителями примерно в 2 раза меньше стоимости взрывчатки при буровзрывных работах. Стоимость разработки фунтов динамическими способами с помощью гидромолотов и ди-
зель-молотов выше стоимости разработки рыхлителями в2-3 раза.
Высокая эффективность разработки мерзлых и прочных ірунтов механическими способами невозможна без применения рабочих органов, способных обеспечить управляемый износ последних. При этом важно минимизировать скорость за тупления рабочего органа.
Снижение скорости затупления, как отмечено многими исследователями, возможно в том случае, когда физико-механические свойства, в частности твердость, прочность по толщине рабочего органа, не постоянны, а изменяются но определенным закономерностям, рассчитываемым из комплекса требований.
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
