CC BY
11
УДК 621.9.048:621.92
*Д.Н. Коротаев, Ю.К. Машков, **Б.Ш. Алимбаева
*Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск Омский государственный технический университет, г. Омск ** Омский танковый инженерный институт имени Маршала Советского Союза П.К. Кошевого, г. Омск
ВЛИЯНИЕ МАТЕРИАЛА ЛЕГИРУЮЩЕГО ЭЛЕКТРОДА НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ТОЛЩИНУ ПОКРЫТИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКЕ
Введение. В современных экономических условиях развития машиностроения повышается роль и значение технологий восстановления. При этом, особого внимание заслуживают технологии, которые позволяют повысить уровень ремонтного производства. Сбалансированное обеспечение запасными частями ремонтных подразделений, как показывают техникоэкономические показатели, целесообразно осуществлять с учетом периодического восстановления работоспособности деталей [1].
К числу современных технологий восстановления и упрочнения поверхностей металлических деталей относится электроискровая обработка (ЭИО), позволяющая создавать покрытия с уникальными физико-механическими и триботехническими свойствами [2].
Данный метод, основан на явлении электрической эрозии материалов при искровом разряде в газовой среде, полярного переноса продуктов эрозии на деталь, на поверхности которой формируется покрытие измененной структуры и состава. Эффективность этих изменений определяется составом, структурой, свойствами материалов электродов и технологическими режимами обработки. Благодаря значительной гамме материалов, которые можно использовать при ЭИО, этим методом можно в широких пределах изменять механические, триботехнические, электрические и другие свойства рабочих поверхностей деталей машин.
Несмотря на неоспоримые преимущества технологии, использование деталей, обработанных ЭИО, в промышленности весьма незначительно. Широкое применение этого способа сдерживается ограниченной толщиной формируемого покрытия (50...100 мкм), слабой управляемостью процессами, сопровождающими ЭИО.
Цель работы состоит в исследовании влияния электродных материалов на фазовый состав и толщину покрытий, формируемых на изношенных поверхностях стальных деталей при реализации искровой обработки с различными технологическими режимами.
Методика и оборудование. Для исследования формирования покрытий в качестве объекта экспериментальных исследований использовались образцы из конструкционной легированной стали 15ХГН2Т, применяемой при изготовлении первичного вала коробки передач автомобилей. Основными причинами, ограничивающими ресурс работы первичного вала, являются абразивное изнашивание и фреттинг-коррозия шеек под подшипники.
372
Искровую обработку образцов осуществляли на установке модели IMES-01-2 с технологическими режимами: емкость конденсаторов С = 34 мкФ и 240 мкФ; напряжение в импульсе U = 80 В и 160 В; время обработки - 2 мин/см2.
При проведении ЭИО использовали стандартный легирующий электрод марки Т15К6, электрод с составом 50% WC-Co, 50% Ni-Cr-B-Si и электрод ТТТ2 с минеральным сырьем Дальневосточного региона на основе TiC с добавками Ni-Cr-Al-ШЛК (шеелитовый концентрат CaWO4) [3].
Исследование методом РСА было выполнено на рентгеновском дифрактометре D8 Advance, Bruker в монохроматизированном Cu-Ka излучении в диапазоне углов дифракции 29: 5°’80° с шагом 0,05° и временем накопления 10 сек/точке. Определение фазового состава было выполнено с использованием базы данных по порошковой дифракции ICDD, PDF-2, 2006. Рефлексы всей рентгенограммы позволяют определить полный фазовый состав поверхностного слоя исследуемых образцов. Применение монохроматора позволяет устранить фон от сплошного излучения.
Толщину наносимых покрытий измеряли на горизонтальном оптиметре ИКГ-3.
Результаты и обсуждение. В табл. 1 приведены значения межплоскостных расстояний и фазовый состав покрытий на образцах 15ХГН2Т, обработанных электродами Т15К6, Ш2 (с добавками шеелитового концентрата) и электродом с составом 50% WC-Co, 50% №-Сг-Б-81.
Расшифровка рентгенограмм показала, что обработка электродом Т15К6 приводит к появлению в покрытии значительного количества ТЮ.
По данным РФА поверхность, сформированная электродом Ш2, кроме основной фазы БеС содержит фазы А1№3 и (ОГ^С. Искровая обработка поверхности электродом из 50% WC-Co, 50% №-Сг-Б-81 способствует появлению в покрытии Бе№3 и БеСг. Образование ин-терметаллидов с участием железа, алюминия и хрома являются следствием микрометаллур-гических процессов, протекающих на поверхности в результате перемешивания и химического взаимодействия компонентов легирующего электрода с материалом образца.
Значения экспериментальных межплоскостных расстояний и фазовый состав в покрытии после ЭИО образцов 15ХГН2Т
Таблица 1
Материал легирующего электрода о ^ЖсШ А Фазы
ТЮ Бе№3 FeC А1М3
Т15К6 2,50 +
2,16 +
1,52 +
50% WC-Co, 50% №-Cг-Б-Si 2,05 +
1,78 +
1,25 +
Ш2 (ТЮ - 60%; шеели-товый концентрат Ca-WO4 - 10%; М-0--А1 -30%) 2,49 +
2,15 +
2,09 +
2,04 +
1,81 +
1,78 +
1,52 +
1,28 +
1,07 +
Приечание. Знаком «+» отмечено наличие фаз в покрытии.
373
Результаты измерения толщины формируемого покрытия представлены на рис. 1.
250 --------------------------------------------
Т15К6 50° о\Л/С-Со; Ш2
50%№-Сг-В-81
Рис. 1. Влияние материала легирующего электрода на толщину покрытия образца из стали 15ХГН2Т
Из полученных диаграмм следует, что с повышением энергетических режимов уста-
новки ЭИО (разрядной емкости конденсаторов и напряжения импульса) толщина покрытия увеличивается вне зависимости от материала легирующего электрода.
При использовании электрода на основе карбида вольфрама с добавками компонентов, образующих с материалом поверхности неограниченные твердые растворы, а также играющих роль флюсов (50% WC-Co, 50% М^г-Б^), получена наибольшая толщина легированного покрытия (~ 210 мкм). Введение в состав электрода бора и кремния в качестве флюсов уменьшает образование оксидных пленок в формируемом покрытии, что оказывает положительное влияние на сплошность и равномерность последнего. Кроме того, введение бора целесообразно с целью уменьшения эрозионной стойкости легирующих электродов и, как следствие, интенсификации массопереноса на обрабатываемую поверхность.
Использование в составе легирующего электрода на основе карбида титана Ш2 минерального сырья Дальневосточного региона - шеелитового концентрата, также приводит к формированию покрытий с толщиной превышающей толщину покрытий, полученных стандартными электродами марки Т15К6. Данный факт может быть связан с тем, что элементы минерального сырья выполняют одновременно роль микролегирующих добавок поверхностного слоя и создают защитную атмосферу в зоне искровой обработки, что препятствует выгоранию эрозионных частиц и способствует более интенсивному массопереносу материала легирующего электрода.
Заключение. Воздействие концентрированным потоком энергии методом ЭИО на поверхность стальных образцов приводит к существенному изменению фазового состава формируемого покрытия. Обработка электродом Т15К6 способствует появлению в покрытии фазы ТЮ в большом количестве. Образцы, обработанные электродами на основе карбида вольфрама и карбида титана с добавками микролегирующих компонентов, содержат карбиды и интерметаллиды Бе^ (^Т^, Бе№3, А1№3.
Экспериментальными исследованиями установлено, что повышение энергетических режимов ЭИЛ (емкости конденсаторов и напряжения в импульсе), а также применение электродов на основе карбида вольфрама и карбида титана с добавками флюсообразующих компонентов и минерального сырья Дальневосточного региона (шеелитового концентрата) способствует увеличению толщины формируемых покрытий.
374
Библиографический список
1. Дюмин, И. Е. Ремонт автомобилей / И. Е. Дюмин, Г. Г. Трегуб. - М. : Транспорт, 1999. - 280 с.
2. Коротаев, Д. Н. Оптимизация технологических режимов электроискрового легирования деталей трибосистем / Д. Н. Коротаев, Ю. К. Машков // Трение и износ. - 2009. - Т.30, №2. - С. 146-151.
3. Николенко, С. В. Новые электродные материалы для электроискрового легирования /
С. В. Николенко, А. Д. Верхотуров. - Владивосток : Дальнаука, 2005. - 218 с.
