V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Повышение эксплуатационных требований к деталям военной автомобильной техники (ВАТ) стимулирует развитие методов поверхностного упрочнения. Современные ресурсосберегающие технологии поверхностной обработки материалов основаны на применении концентрированных потоков энергии и вещества. К числу современных технологий восстановления и упрочнения поверхностей металлических деталей относится электроискровое легирование (ЭИЛ), позволяющее получать покрытия с уникальными физико-механическими и триботехническими свойствами.

Данный метод, основан на явлении электрической эрозии материалов при искровом разряде в газовой среде и полярного массопереноса 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 разнообразной номенклатуре материалов, используемых при обработке ЭИЛ, можно изменять механические, триботехнические и другие свойства рабочих поверхностей деталей [1].

Целью настоящей работы является исследование влияния материалов легирующих электродов (ЛЭ) на фазовый состав и толщину покрытий, формируемых ЭИЛ на стальных деталях ВАТ.

В качестве объекта исследований использовались образцы из конструкционной легированной стали 15ХГН2ТА, применяемой при изготовлении первичных валов коробок передач автомобилей.

Обработка образцов осуществлялась на установке ЭИЛ модели IMES-1001 с технологическими режимами: емкость конденсаторов С = 34…240 мкФ; напряжение в импульсе U = 80…160 В; время обработки – 2-4 мин/см².

При ЭИЛ использовались три различных электрода: стандартный ЛЭ марки Т15К6; электрод ИМХ2 с составом 50% WC-Co, 50% Ni-Cr-B-Si; электрод Ш2 (TiC-Ni-Cr-Al-ШЛК) с минеральным сырьем Дальневосточного региона на основе шеелитового концентрата CaWO₄.

Идентификация элементного и фазового состава покрытий проводилась рентгенофазовым анализом (РФА) с помощью дифрактометра D8 Advance в монохроматизированном Cu-k_α излучении [2].

Проведенный анализ показал, что поверхностный слой образца, обработанного электродом Т15К6 на режимах С = 34мкФ, U = 160В, t = 4мин, кроме карбида титана (TiC), содержит Со, TiW. При этом пиков от исходного материала практически не наблюдается, что говорит об отсутствии перемешивания материалов электрода и стальной основы.

РФА покрытия, сформированного при обработке образца электродом ИМХ2 (С = 60мкФ, U = 80В, t = 3мин) по характерным пикам показал наличие интерметаллидов железа, никеля и хрома (FeNi₃, CrNiW, Ni₂Si или Ni₂В), образованных в результате микрометаллургических процессов, протекающих на поверхности.

После обработки ЛЭ Ш2 рентгенофазовым анализом поверхностного слоя установлено, что при режимах С = 120мкФ, U = 80В, t = 4мин обнаружены фазы CrTiС, Cr₂О₃, FeС. При легировании образца электродом Ш2 на режимах С = 34мкФ, U = 140В, t = 4мин отмечается наличие следующих соединений: CrNi₃, AlNi₃, (CrTi)₂О₃ [2, 3].

Толщина наносимых покрытий определялась на горизонтальном оптиметре ИКГ-3 относительным методом измерений. Результаты измерения толщины покрытия представлены на рисунке 1.

Из полученной диаграммы следует, что с повышением энергетических режимов электроискровой обработки толщина покрытия увеличивается вне зависимости от материала ЛЭ.

Рис. 1 Влияние материала легирующего электрода на толщину покрытия образца

из стали 15ХГН2ТА

При использовании ЛЭ на основе карбида вольфрама с добавками компонентов, образующих с материалом поверхности неограниченные твердые растворы, а также играющих роль флюсов, получена наибольшая толщина покрытия ( 210 мкм). Введение в состав ЛЭ бора и кремния уменьшает образование оксидных пленок, что оказывает положительное влияние на сплошность и равномерность формируемого покрытия. Кроме того, введение бора уменьшает эрозионную стойкость ЛЭ и, как следствие, повышает массоперенос материала на обрабатываемую поверхность [2, 3].

Использование ЛЭ Ш2, также приводит к формированию покрытий, превышающих по толщине покрытия, получаемые стандартными электродами марки Т15К6, в 1,7 – 2 раза. Данный факт может быть связан с тем, что минеральное сырье выполняет одновременно роль микролегирующих добавок поверхностного слоя и создает защитную атмосферу в зоне искровой обработки, что влияет на интенсификацию массопереноса материала ЛЭ и препятствует выгоранию эрозионных частиц.

Заключение. Анализ покрытий, сформированных ЭИЛ стальных образцов различными электродами, показал зависимость фазового состава от материала ЛЭ. Экспериментальными исследованиями установлено, что увеличение энергетических режимов ЭИЛ (емкости конденсаторов и напряжения в импульсе), а также применение ЛЭ на основе карбида вольфрама и карбида титана с добавками флюсообразующих элементов и минерального сырья Дальневосточного региона (шеелитового концентрата) способствует увеличению толщины формируемых покрытий.

Библиографический список

1. Коротаев, Д.Н. Технологические возможности формирования износостойких наноструктур электроискровым легированием / Д.Н. Коротаев. – Омск: СибАди, 2009. – 256 с.

2. Коротаев, Д.Н. Изменение фазового состава и толщины покрытий при электроискровом легировании деталей военной автомобильной техники / Д.Н. Коротаев, Б.Ш. Алимбаева // Вестник сибирского отделения Академии Военных наук. – Омск. – 2012. - №15. - С. 107-109.

3. Коротаев, Д.Н. Влияние материала легирующего электрода на фазовый состав и толщину покрытия при электроискровой обработке / Д.Н. Коротаев, Ю.К. Машков, Б.Ш. Алимбаева // Материалы VIII международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин». – Омск. - 2012. – Кн. 2. – С. 371-374.

Код для цитирования: Скопировать