Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні

Досліджено вплив хромового аноду на процес легування та властивості сплавів залізо-хром за електроіскрового легування. Показано зміцнення поверхневих шарів в залежності від складу матеріалу, що обробляється....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Іващенко, Є.В., Лобачова, Г.Г., Яценко, Л.Ф., Мазанко, В.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Українське матеріалознавче товариство 2010
Назва видання:	Вісник Українського матеріалознавчого товариства
Теми:	Результати впровадження наукових досліджень
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125330
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні / Є.В. Іващенко, Г.Г. Лобачова, Л.Ф. Яценко, В.Ф. Мазанко // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2010. — № 1(3). — С. 16-22. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125330
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1253302025-02-23T20:05:50Z Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні Іващенко, Є.В. Лобачова, Г.Г. Яценко, Л.Ф. Мазанко, В.Ф. Результати впровадження наукових досліджень Досліджено вплив хромового аноду на процес легування та властивості сплавів залізо-хром за електроіскрового легування. Показано зміцнення поверхневих шарів в залежності від складу матеріалу, що обробляється. Исследовано влияние хромового анода на процесс легирования и свойства сплавов железо-хром при электроискровом легировании. Показано упрочнение поверхностных слоев в зависимости от состава обрабатываемого материала. Influence of Cr-anode on alloying and properties of Fe–Cr alloys were investigated. Strengthening of surface layers from content of Fe–Cr alloys was shown. 2010 Article Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні / Є.В. Іващенко, Г.Г. Лобачова, Л.Ф. Яценко, В.Ф. Мазанко // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2010. — № 1(3). — С. 16-22. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 2310-9688 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125330 621.793 uk Вісник Українського матеріалознавчого товариства application/pdf Українське матеріалознавче товариство
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Результати впровадження наукових досліджень Результати впровадження наукових досліджень
spellingShingle	Результати впровадження наукових досліджень Результати впровадження наукових досліджень Іващенко, Є.В. Лобачова, Г.Г. Яценко, Л.Ф. Мазанко, В.Ф. Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні Вісник Українського матеріалознавчого товариства
description	Досліджено вплив хромового аноду на процес легування та властивості сплавів залізо-хром за електроіскрового легування. Показано зміцнення поверхневих шарів в залежності від складу матеріалу, що обробляється.
format	Article
author	Іващенко, Є.В. Лобачова, Г.Г. Яценко, Л.Ф. Мазанко, В.Ф.
author_facet	Іващенко, Є.В. Лобачова, Г.Г. Яценко, Л.Ф. Мазанко, В.Ф.
author_sort	Іващенко, Є.В.
title	Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні
title_short	Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні
title_full	Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні
title_fullStr	Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні
title_full_unstemmed	Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні
title_sort	вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів fe–cr при електроіскровому легуванні
publisher	Українське матеріалознавче товариство
publishDate	2010
topic_facet	Результати впровадження наукових досліджень
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125330
citation_txt	Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні / Є.В. Іващенко, Г.Г. Лобачова, Л.Ф. Яценко, В.Ф. Мазанко // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2010. — № 1(3). — С. 16-22. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.
series	Вісник Українського матеріалознавчого товариства
work_keys_str_mv	AT ívaŝenkoêv vplivhromovogoanodunaformuvannâpoverhnevihšarívsplavívfecrprielektroískrovomuleguvanní AT lobačovagg vplivhromovogoanodunaformuvannâpoverhnevihšarívsplavívfecrprielektroískrovomuleguvanní AT âcenkolf vplivhromovogoanodunaformuvannâpoverhnevihšarívsplavívfecrprielektroískrovomuleguvanní AT mazankovf vplivhromovogoanodunaformuvannâpoverhnevihšarívsplavívfecrprielektroískrovomuleguvanní
first_indexed	2025-11-24T21:31:55Z
last_indexed	2025-11-24T21:31:55Z
_version_	1849708946944688128
fulltext	"Вісник" УМТ № 1 (3) 2010 16 УДК 621.793 Є. В. Іващенко, Г. Г. Лобачова, Л. Ф. Яценко, В. Ф. Мазанко † ВПЛИВ ХРОМОВОГО АНОДУ НА ФОРМУВАННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ШАРІВ СПЛАВІВ Fe-Cr ПРИ ЕЛЕКТРОІСКРОВОМУ ЛЕГУВАННІ Исследовано влияние хромового анода на процесс легирования и свойства сплавов же- лезо-хром при электроискровом легировании. Показано упрочнение поверхностных слоев в зависимости от состава обрабатываемого материала. Ключевые слова: электроискровое легирование хромом, упрочнение поверхности, сплавы железо-хром Вступ Однією з найбільш важливих задач технічного прогресу є підвищення до- вговічності та надійності робочих поверхонь деталей машин та інструменту, які працюють в складних умовах експлуатації. Рішенням цієї проблеми може стати розробка нових методів і технологій нанесення локальних покриттів з підвищеними фізико-механічними характеристиками. Одним з таких методів є електроіскрове легування (ЕІЛ) ⎯ один з ефективних електрофізичних мето- дів обробки металів, який оснований на використанні концентрованих потоків енергії. ЕІЛ надає можливості легування будь-якими струмопровідними мате- ріалами, низькій енергоємності процесу, простоті виконання технологічних операцій, локальності нанесення покриття без помітної деформації виробу, відсутності нагрівання всього об’єму металу та ін. [1]. Це приводить до висо- кої міцності зчеплення нанесеного шару з матеріалом основи. Суть методу ЕІЛ полягає в наступному: тонкі поверхневі шари металу ло- кально оплавляються під дією іскрових розрядів в міжелектродному проміжку з участю продуктів електроерозії легуючого електроду (в рідко-паровій і твер- дій фазах); розплав насичується легуючими компонентами; легований шар фо- рмується на поверхні катоду з наступним швидким охолодженням (103–104 град/с) [2]. Ефективність процесу ЕІЛ тим вища, чим більша кількість матеріалу ано- ду буде перенесена та закріплена на поверхні катоду за одиницю часу. Встано- влено, що кількісні і якісні характеристики утвореного поверхневого шару в процесі ЕІЛ залежать від енергії імпульсних розрядів; електричних параметрів, тривалості обробки; природи матеріалу електродів; складу і стану середовища, в якому проводять обробку; відносного розташування і руху електродів [3]. Аналіз літературних джерел свідчить про те, що більшість робіт [1–3] присвячена вивченню технологічних параметрів процесу ЕІЛ, а процеси легу- вання бінарних сплавів елементом, що входить також до складу катоду вивчені мало. Метою даної роботи є дослідження структури, мікротвердості, фазового складу та кінетики формування поверхневого шару в сплавах заліза з хромом при електроіскровому легуванні перехідним металом ⎯ Cr. © ІващенкоЄвген Вадимович, кандидат фізико-математичних наук, доцент Національного технічного університету “КПІ”; Лобачова Галина Генадіївна, Яценко Людмила Федорівна – наукові співробітники цього ж інституту; Мазанко Володимир Федорови, доктор технічних наук, завідуючий відділом Інституту ме- талофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України. ІІ. Результати наукових досліджень 17 Матеріали і методика дослідження Для проведення експериментів в якості легуючого електроду (анод) було обрано перехідний метал високої чистоти ⎯ хром. Катодами виступали: по- двійні модельні сплави заліза Fe + 2,5% (мас.) Cr, Fe + 1,5% (мас.) Cr, а також Fe-армко. ЕІЛ здійснювали на установці “Элитрон-26А” при силі струму роз- ряду 1,2–2,2 А, напрузі в міжелектродному проміжку 60В, частоті механічних коливань аноду 50 Гц, час обробки 3–7 хв., в міжелектродному середовищі ⎯ повітрі. Для виявлення закономірностей формування поверхневого шару при ЕІЛ заліза і сплавів заліза хромовим електродом проведено дослідження кінетики масоперенесення матеріалу катоду і аноду. Приріст маси катоду і ерозію аноду в залежності від часу обробки вивчали гравіметричним методом з використан- ням лабораторних електронних вагів AXIS AD50 з точністю до 0,0001 г. До- слідження структури легованих шарів проводили на оптичному мікроскопі МИМ-10 і растровому електронному мікроскопі РЭМ-106И. Для визначення мікротвердості використовували мікротвердомір ПМТ-3М при навантаженні на алмазну пірамідку 50 г. Фазовий рентгеноструктурний аналіз здійснювали на рентгенівській установці УРС-55 у FeKα-випромінюванні (λKαсеер. = 1,93728 Аº) при використанні камери Дебая-Шерера (РКД). Експериментальні результати і обговорення Електроіскрове легування досліджуваних сплавів хромовим анодом при- водить до виникнення на поверхні зразків легованого шару, мікроструктура якого являє собою нерівномірний по товщині світло-травлений шар (рис. 1). Під легованим шаром знаходиться зона термічного впливу та основний метал. Металографічними дослідженнями також було виявлено в легованому шарі наявність тріщин та пор, що може бути пояснено тривалим часом обробки, низькою теплопровідністю сплавів і високими напруженнями, які виникають під час легування. а) б) в) Рис. 1. Мікроструктура легованого шару сплавів заліза після ЕІЛ (U = 60 B, I = 1– 1,2 А, t = 3 – 7 хв): а) Fe-армко; б) сплав Fe + 1,5% (мас.) Cr; в) сплав Fe + 2,5% (мас.) Cr Леговані шари на всіх сплавах мають підвищену мікротвердість, у по- рівнянні з мікротвердістю вихідних зразків. Найбільшу мікротвердість ле- "Вісник" УМТ № 1 (3) 2010 18 гованого шару має сплав Fe + 2,5% (мас.) Cr, порівняно з сплавом Fe + 1,5% (мас.) Cr і Fe-армко (рис. 2). 0 2 4 6 8 10 12 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Відстань від поверхні, мкм М ікр от ве рд іс ть , Г П а 1 2 3 Рис. 2. Мікротвердість поверхневої зони, ЕІЛ Cr-анодом сплавів: 1 ⎯ Fe-армко; 2 ⎯ сплав Fe + 1,5% (мас.) Cr; 3 ⎯ сплав Fe + 2,5% (мас.) Cr Рентгенофазовим аналізом виявлено наявність в легованому шарі інтер- металіду FeCr. Завдяки виникненню цієї фази відбувається збільшення мікро- твердості легованого шару. Підвищення мікротвердості в поверхневих зонах може бути пов’язано з наявністю в електроіскрових покриттях також нітридів, що можуть утворюватися при взаємодії розплавленого металу з азотом повіт- ря. Характеристики отриманих шарів наведено в таблиці Таблиця 1 Характеристики легованого шару при ЕІЛ на повітрі сплавів заліза Матеріал катоду, % (мас.) Матеріал аноду Товщина шару, мкм Кзм. Fe-армко Cr 20–34 4,8 Fe + 1,5 Cr Cr 25–34 5,4 Fe + 2,5 Cr Cr 37–53 8,1 Найбільша товщина легованого шару 53 мкм, спостерігається при легу- ванні сплаву Fe + 2,5% (мас.) Cr. Наведені коефіцієнти зміцнення (Кзм.) розра- ховуються як співвідношення найбільшого значення мікротвердості леговано- го шару до мікротвердості основи сплавів. З використанням гравіметричного методу були отримані експерименталь- ні дані залежностей зміни маси катоду )()()( 01 tmtmtm кnк з к −=Δ + і аноду )()()( 01 tmtmtm ana з а −=Δ + , а також приросту маси катоду )()()( 1−−=Δ пкnк п к tmtmtm і ерозії аноду )()()( 1−−=Δ паnа п а tmtmtm , ІІ. Результати наукових досліджень 19 визначали через кожну хвилину легування 1 см2 поверхні (рис. 3–4). Коефіці- єнт перенесення матеріалу визначали як відношення приросту маси катоду до величини ерозії аноду за формулою: п а п к mmK ΔΔ= / , %. -0,01 -0,009 -0,008 -0,007 -0,006 -0,005 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0 0 2 4 6 8 Час обробки, хв Ер оз ія а но ду , г 1 2 3 -0,0035 -0,003 -0,0025 -0,002 -0,0015 -0,001 -0,0005 0 0,0005 0,001 0,0015 0 2 4 6 8 Час обробки, хв П ри рі ст м ас и ка то ду , г 1 2 3 а) б) Рис. 3. Залежність ерозії Cr-аноду (а) і приросту маси катоду (б) від часу обробки при ЕІЛ: 1 ⎯ сплав Fe + 1,5% (мас.) Cr, 2 ⎯ Fe-армко, 3 ⎯ сплав Fe + 2,5% (мас.) Cr. Дослідження кінетики масоперенесення при електроіскровому легуванні сплавів заліза хромовим електродом показало, що найбільше перенесення ма- теріалу аноду на катод спостерігається при легуванні сплаву Fe + 2,5% (мас.) Cr (K = 48%). З літературних джерел відомо [4], що в більшості випадків в початковий момент часу ЕІЛ маса катоду зростає, а маса аноду зменшується При цьому по абсолютному значенню зменшення маси аноду не співпадає з приростом маси катоду, що може свідчити про те, що частина речовини видаляється з поверхні обох електродів у міжелектродний проміжок у вигляді продуктів ерозії. Після досягнення певного часу обробки процес збільшення маси катоду уповільню- ється, а потім спостерігається зменшення його маси. "Вісник" УМТ № 1 (3) 2010 20 -0,04 -0,035 -0,03 -0,025 -0,02 -0,015 -0,01 -0,005 0 0 2 4 6 8 Час обробки, хв Зм ін а м ас и а но ду , г 1 2 3 -0,016 -0,014 -0,012 -0,01 -0,008 -0,006 -0,004 -0,002 0 0,002 0 2 4 6 8 Час обробки, хв З м ін а м ас и ка то ду , г 1 2 3 а) б) Рис. 4. Залежність зміни маси Cr ⎯ аноду (а) і катоду (б) від часу обробки при ЕІЛ: 1 ⎯ сплав Fe + 1,5% (мас.) Cr, 2 ⎯ Fe-армко, 3 ⎯ сплав Fe + 2,5% (мас.) Cr. На графіках (рис. 3, б; 4, б) показано збільшення маси катоду (до 2 хв. ле- гування), а потім відбувається зменшення маси і при цьому маса катоду стає меншою початкового значення. Це може бути викликано зростанням концент- рації напружень в легованому шарі під дією імпульсних і механічних наванта- жень в процесі обробки та зворотнім масоперенесенням (матеріал катоду пе- реноситься на анод). Підйоми на кривих ерозії аноду (рис. 1, а) можуть свідчити про зворотнє масоперенесення матеріалу катоду на анод з утворен- ням вторинних структур. В такому випадку наступне легування буде відбува- тися вже не чистим елементом – хромом, а сплавом хрому з зміненою структу- рою. Зменшення маси аноду (рис. 2, а) має залежність близьку до лінійної. Найбільші зміни маси хромового аноду зафіксовано при легуванні Fe-армко. Було проведено дослідження структури поверхневого шару сплаву Fe + 2,5% (мас.) Cr після ЕІЛ (рис. 5, а) на растровому електронному мікроскопі і визначено розподіл елементів в поверхневому шарі (рис. 5, б). ІІ. Результати наукових досліджень 21 а) б ) Рис. 5. Структура поверхневої зони (а) і розподіл елементів в поверхневому шарі вздовж лінії L (б) після ЕІЛ, Cr-анод, сплав Fe + 2,5% (мас.) Cr Виявлено, що поверхневий шар складається з двох зон (В і Г), які розріз- няються інтенсивністю травлення. Під легованим шаром спостерігається зона термічного впливу (зона Б). Зона А ⎯ це матеріал катоду ⎯ зразка у вихідно- му стані. Утворена зона Г, являє собою ділянку взаємного перемішування і кристалізації матеріалу аноду і катоду. Ймовірно, що формування поверхневих шарів зміцненого матеріалу при електроіскровому легуванні відбувається за рахунок взаємодії матеріалу Cr- аноду і катоду Fe з утворенням твердих розчинів з необмеженою розчинністю та формуванням мілкодисперсних частинок інтерметалідів FeCr, які сприяють підвищенню мікротвердості легованого шару. Наявність хрому в сплаві при- водить до інтенсифікації процесу виникнення частинок інтерметаліду, що веде до утворення більш високої мікротвердості поверхневого шару у порівнянні з легованим шаром на залізі. Взаємодія розплавленого матеріалу з повітрям при- зводить до насичення його азотом, і формування частинок нітридів хрому, що також буде сприяти підвищенню мікротвердості. "Вісник" УМТ № 1 (3) 2010 22 Висновки З використанням гравіметричного, мікроструктурного, мікродюрометри- чного, растрового електронномікроскопічного та мікрорентгеноспектрального аналізів встановлено, що мікротвердість поверхневих шарів сплавів заліза і Fe- армко після ЕІЛ Cr-анодом підвищується. Найбільша мікротвердість поверх- невої зони 10,6 ГПа досягається при легуванні сплаву Fe + 2,5% (мас.) Cr. Це може бути зумовлене виникненням структури з нерівноважно ⎯ напруженим станом внаслідок утворення інтерметалідів FeC та, ймовірно, мілкодисперсних нітридів хрому в результаті взаємодії з азотом повітря. Збільшення вмісту хрому в сплавах призводить до підвищення мікротвердості та товщини лего- ваного шару. При дослідженні кінетики перенесення при ЕІЛ хромом спостерігається збільшення маси катоду (до 2 хв. легування). Зі збільшенням часу легування відбувається зменшення маси катоду нижче початкового значення, що може свідчити про зворотнє перенесення матеріалу. Запропонована обробка може бути використана при зміцненні деталей машинобудівної галузі. Досліджено вплив хромового аноду на процес легування та властивості спла- вів залізо-хром за електроіскрового легування. Показано зміцнення поверхневих шарів в залежності від складу матеріалу, що обробляється. Ключові слова: електроіскрове легування хромом, зміцнення поверхні, сплави залізо-хром Influence of Cr-anode on alloying and properties of Fe–Cr alloys were investi- gated. Strengthening of surface layers from content of Fe–Cr alloys was shown. Keywords: electro-sparkling alloying by chromium, strengthening of surface, Fe– Cr alloys. 1. Николенко С. В. Исследование модифицированного поверхностного слоя стали 35 по- сле электроискрового легирования / С. В. Николенко, Н. М. Потапова, Л. П. Метлиц- кая, В. А. Баранов // Вопросы материаловедения. – 2007. – № 2. – С. 53–59. 2. Подчерняева И. А. Электроэрозионная стойкость и структурнофазовые превращения при электроискровом и лазерном легировании титанового сплава композиционной ке- рамикой на основе систем ZrB2–ZrSi2 и TiN–Cr3C2 / И. А. Подчерняева, А. Д. Панасюк, В. М. Панашенко // Порошковая металлургия. – 2008. – № 1/2. – С. 151–161. 3. Лазаренко Б. Р. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Б. Р. Ла- заренко, Н. И. Лазаренко // Электронная обработка материалов. – 1977. – № 3. – С. 12– 16. 4. Пячин С. А. О зависимости изменения массы электродов от времени при электроискро- вом легировании / С. А. Пячин, Н. Е. Аблесимов, Д. Л. Ягодзинский // Электрические методы обработки поверхности. – 2003. – № 1. – С. 19–26. 5. Николенко С. В. Поверхностная обработка титанового сплава ВТ-20 электроискровым легированием / С. В. Николенко, А. Д. Верхотуров, С. В. Коваленко // Перспективные материалы. – 2002. – № 3. – С. 13–19.

Вплив хромового аноду на формування поверхневих шарів сплавів Fe–Cr при електроіскровому легуванні

Репозитарії

Схожі ресурси