Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей

Разработаны электродные материалы для получения электроискровых покрытий из сплава колманой-WC, c содержанием WC 10...70 мас. % и твердых сплавов с использованием TiC, Mo2C, TiN, Co, Cr, Ni, Al. Исследованы фазовый состав, структура, кинетика массопереноса, твердость и износостойкость электроискровы...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Автоматическая сварка
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Паустовский, А.В., Ткаченко, Ю.Г., Алфинцева, Р.А., Юрченко, Д.З., Христов, В.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Schlagworte:	Производственный раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146559
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей / А.В. Паустовский, Ю.Г. Ткаченко, Р.А. Алфинцева, Д.З. Юрченко, В.Г. Христов // Автоматическая сварка. — 2016. — № 4 (752). — С. 58-64. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860105386111008768
author	Паустовский, А.В. Ткаченко, Ю.Г. Алфинцева, Р.А. Юрченко, Д.З. Христов, В.Г.
author_facet	Паустовский, А.В. Ткаченко, Ю.Г. Алфинцева, Р.А. Юрченко, Д.З. Христов, В.Г.
citation_txt	Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей / А.В. Паустовский, Ю.Г. Ткаченко, Р.А. Алфинцева, Д.З. Юрченко, В.Г. Христов // Автоматическая сварка. — 2016. — № 4 (752). — С. 58-64. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Автоматическая сварка
description	Разработаны электродные материалы для получения электроискровых покрытий из сплава колманой-WC, c содержанием WC 10...70 мас. % и твердых сплавов с использованием TiC, Mo2C, TiN, Co, Cr, Ni, Al. Исследованы фазовый состав, структура, кинетика массопереноса, твердость и износостойкость электроискровых покрытий из разработанных сплавов. Показано, что в сплавах колманой, колманой-10 % WC и колманой-25 % WC наблюдается структура эвтектического характера. При энергии импульса 7,5 Дж толщина сформированных покрытий составила 3...5 мм. Износостойкость покрытий колманой–WC в 3,5 раза выше покрытий из сплава колманой. Установлено, что структура и состав разработанных электродных материалов из твердых сплавов на основе TiC позволяют получить электроискровые покрытия толщиной до 100 мкм, твердостью до 14 ГПа. Разработанные электродные материалы применены в промышленных условиях для упрочнения и восстановления электроискровым способом изношенных деталей из конструкционных сталей. The electrode materials for producing electric spark coatings of Colmonoy–WC alloy containing 10–70 wt.% WC and hard alloys using TiC, Mo2C, TiN, Co, Cr, Ni, Al were developed. The phase composition, structure, mass transfer kinetics, hardness and wear resistance of electric spark coatings of the developed alloys were investigated. It was shown that in Colmonoy alloys, Colmonoy–10 % WC and Colmonoy–25 % WC the structure of eutectic character is observed. At pulse energy of 7.5 J the thickness of formed coatings amounted to 3–5 mm. The wear resistance of coatings Colmonoy–WC is 3.5 times higher than that of Colmonoy alloy coatings. It was found that the structure and composition of the developed electrode materials of TiC-based hard alloys allows producing electric spark coatings of up to 100 μm thickness and with hardness of up to 14 GPa. The developed electrode materials were applied under the industrial conditions for strengthening and restoration of worn-out parts of structural steels using electric spark method.
first_indexed	2025-12-07T17:31:17Z
format	Article
fulltext	ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ 58 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №4(752), 2016 УДК 621.9.048.669.268 состаВ, стрУКтУра и техНолоГиЯ ПолУчеНиЯ ЭлеКтроДНых МатериалоВ ДлЯ ЭлеКтроисКроВоГо ВосстаНоВлеНиЯ и УПрочНеНиЯ изНоШеННых Деталей* А. В. ПАУСТОВСКИЙ, Ю. Г. ТКАЧЕНКО, Р. А. АЛФИНЦЕВА, Д. З. ЮРЧЕНКО, В. Г. ХРИСТОВ институт проблем материаловедения им. и. Н. Францевича НаН Украины. 03680, г. Киев, ул. Кржижановского, 3. E-mail: tkachenko_yuri@ukr.net разработаны электродные материалы для получения электроискровых покрытий из сплава колманой-WC, c содержанием WC 10...70 мас. % и твердых сплавов с использованием TiC, Mo2C, TiN, Co, Cr, Ni, Al. исследованы фазовый состав, структура, кинетика массопереноса, твердость и износостойкость электроискровых покрытий из разработанных сплавов. Показано, что в сплавах колманой, колманой-10 % WC и колманой-25 % WC наблюдается структура эвтектического характера. При энергии импульса 7,5 Дж толщина сформированных покрытий составила 3...5 мм. износостойкость покрытий колманой–WC в 3,5 раза выше покрытий из сплава колманой. Установлено, что структура и состав разрабо- танных электродных материалов из твердых сплавов на основе TiC позволяют получить электроискровые покрытия толщиной до 100 мкм, твердостью до 14 ГПа. разработанные электродные материалы применены в промышленных условиях для упрочнения и восстановления электроискровым способом изношенных деталей из конструкционных сталей. библиогр. 4, табл. 3, рис. 7. К л ю ч е в ы е с л о в а : электроискровое упрочнение, электродные материалы, восстановление деталей, эрозионные свойства, свойства покрытий, износостойкость, жаростойкость Получение электроискровым способом толстых покрытий для восстановления изношенных по- верхностей имеет ряд особенностей, требующих разработки электродных материалов, способных к эрозии преимущественно в жидкой фазе. осно- вой этих композиций должны быть металлы, про- дукты эрозии которых хорошо адгезируют к ма- териалу основы. реализация этих принципов при создании электродных материалов существенно повысит эффективность нанесения покрытий на металлические поверхности. Эвтектические сплавы на основе никеля и же- леза, содержащие легирующие добавки бора, кремния, хрома, используются при получении плазменных и детонационных покрытий [1]. При- менение таких сплавов для электроискрового ле- гирования требует исследований структуры и свойств полученных покрытий, разработки техно- логии получения компактных электродов и разра- ботки технологического процесса. Для получения износостойких (толщиной 0,5...2 мм) электроискровых покрытий были ис- следованы материалы электродов из сплава с эв- тектической структурой системы Ni–Ni3B, легиро- ванного кремнием и медью, а также с добавками WC. Предыдущие исследования [2] показали це- лесообразность работы в этом направлении. В данной работе выполнены исследования и раз- работаны технологии получения эвтектическо- го сплава Ni–Ni3B, входящего в класс колманой, разработаны технологии получения порошковых смесей системы WC-колманой с различным соот- ношением компонентов. разработана технология и установлены оптимальные режимы прессования и последующего спекания порошковых смесей с целью получения электродов, в которых пори- стость не превышает 10 %. с целью получения покрытий высокой твердо- сти и толщиной 40...80 мкм наиболее эффектив- ное направление современных исследований за- ключается в разработке электродных материалов, содержащих в основе тугоплавкие соединения с металлической связкой, оптимизации состава и структуры этой связки и технологии изготовления электродов. целесообразным является проведе- ние работы по созданию электродных материалов с использованием TiC, Mo2C, TiN, Co, Cr, Ni, Al. Сплавы системы колманой-WC. Электрод- ные материалы колманой-WC были изготовлены методами порошковой металлургии: размол, сме- шивание, введение пластификатора, прессование и спекание. Для разработки электродного матери- © а. В. Паустовский, Ю. Г. ткаченко, р. а. алфинцева, Д. з. Юрченко, В. Г. христов, 2016 * По материалам работы, выполненной в рамках целевой комплексной программы НаН Украины «Проблеми ресурсу і безпе- ки експлуатації конструкцій, споруд та машин» (2013–2015 рр.). ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ 59ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №4(752), 2016 ала был использован порошок сплава на основе никеля, принадлежащего к группе сплавов колма- ной, полученный методом распыления. Этот сплав находится в области тройной эвтектики с основ- ной фазой твердого раствора на основе никеля, температура плавления которой около 860 °с, что обеспечивает при электроискровом легировании высокий массоперенос и толщину покрытия, до- статочную для восстановления изношенных дета- лей. В качестве добавки была использована медь. Как раскислитель использовали кремний, наибо- лее эффективную легирующую добавку, которая значительно увеличивает жаростойкость. твер- дость сплава зависела от количества вводимого карбида вольфрама. Порошок карбида вольфрама размалывали в шаровой мельнице в среде спирта–ректификата при массовом соотношении «порошок : твердос- плавные шары : спирт» – 2:6:1. Время размола — 72 ч. размер частиц порошка основной фракции менее 1 мкм. смесь колманой-карбид вольфрама получали пу- тем размола-смешивания в течение 4 ч при массо- вом соотношении «порошок : твердосплавные ша- рики : спирт» – 2:8:1. После размола смесь сушили в сушильном шкафу и смешивали с 5 %-ным раство- ром синтетического каучука в бензине. Полученные смеси сушили в вытяжном шкафу и протирали на сите 045. были получены порошковые смеси колма- ной-(10, 20, 25, 30, 40, 50, 70) мас. % WC. заготов- ки размером 4×4×70 мм прессовали на гидравличе- ском прессе под давлением 300 МПа. Пористость заготовок составляла 40...42 %. Прессовки суши- ли в сушильном шкафу при температуре 150 °с в течение 12 ч. спекание электродов проводили в 2 этапа. Предварительное спекание в муфельной печи в среде водорода при температуре 800 °с в течение 2 ч. скорость повышения температуры 0,06 град/с. образцы размещались в засыпке из прокаленого глинозема с 2 %-ной добавкой графитовой крупки. окончательное спекание производилось в вакуум- ной печи в вакууме 6,67·10–3 Па при температуре 960...980 °с в течение 2 ч. При такой температу- ре спекания образцы имеют пористость до 10 %, которая является оптимальной. При большей по- ристости, которая получается при меньшей темпе- ратуре спекания, электрод в процессе нанесения покрытия нагревается до 800...1000 °с вследствие уменьшения его теплопроводности и происходит значительное окисление материала покрытия. Микроструктура сплава колманой — структура доэвтектического сплава соответственно диаграм- мы фазовых равновесий Ni–Ni3B. Первичная фаза — твердый раствор бора, меди и кремния на ос- нове никеля с микротвердостью 2,3 ГПа, вторич- ная фаза — эвтектика, состоящая из твердого рас- твора на основе никеля и боросилицидной фазы на основе никеля, с микротвердостью 7…8 ГПа. рентгенофазовый анализ литого никеля и спла- ва колманой свидетельствует, что при легирова- нии никеля кремнием и медью образуются твер- дые растворы замещения, а легирование бором приводит к образованию твердого раствора вне- дрения, в результате чего параметр решетки твер- дого раствора на основе никеля увеличивается от 0,3520 нм для никеля до 0,3588 нм для спла- ва колманой (атомные радиусы — аNi = 0,124, aSi = 0,134, aCu = 0,128 нм [3]). расчет параметров кристаллической решетки для WC показал, что в данном случае элементы бор и кремний раство- ряются в карбиде вольфрама, образуя твердые растворы замещения. Медь растворяется в нике- ле. Микроструктура сплавов, содержащих 25, 50, 60, 70, 80 % WC, представляет собой конгломерат мелкозернистых фаз твердого раствора на осно- ве никеля и тугоплавких карбо-боросилицидных сочетаний. Полученные микроструктуры имеют типичные признаки структур твердых сплавов WC–Co (смесь иглообразных фаз карбида воль- фрама и твердого раствора на основе металла). Электроискровую обработку поверхности ста- ли 45 разработанными сплавами колманой-WC вы- полняли на установке «ЭлитроН-52» на нулевом режиме при напряжении 100 В, энергии импульса — Еимп = 7,5 Дж. Массоперенос с анода на катод из- меряли путем взвешивания образцов на аналитиче- ских весах. твердость покрытия измеряли на прибо- ре ПМт-3. значение массопереноса для электродов с различным содержанием WC (от 10 до 70 мас. %) изменялось соответственно от 2,3 до 0,49 г/см2 с максимум 2,7 при содержании 25 мас. % WC. Прове- денные исследования зависимости твердости полу- ченных покрытий от содержания WC в электродах показали значительное повышение твердости — от 3 до 8,7 ГПа. Для восстановления закаленных сталь- ных деталей оптимальными оказались электроды, содержащие 50...60 % WC. При использовании спла- ва с 50 % WC твердость покрытия около 5 ГПа, од- нако его перенос на подложку на 25 % ниже, чем для сплава колманой. В случае использования сплава с 60 % WC твердость покрытия 7 ГПа. его массопере- нос в 1,5 раза ниже, чем в случае сплава колманой. Этого достаточно для получения покрытий толщи- ной до 2 мм. сплав с 70 % WC дает возможность по- лучать покрытия с твердостью 8,7 ГПа, но его пере- нос в 5 раз меньше, чем сплава колманой. Проведенные исследования показали, что из- меняя соотношение компонентов в сплаве кол- маной-WC, можно получать в соответствии с потребностями различные значения толщины по- крытия, например на стали 45: из электродного ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ 60 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №4(752), 2016 материала колманой — 4,2...4,8; колманой-25 % WC — 4,0. . .4,5; колманой-50 % WC — 3,2...3,8 мм, а также его твердости. разработанные сплавы рекомендованы для восстановления изно- шенных деталей из конструкционных сталей. Надо отметить, что поверхность покрытий, по- лученных на установке «ЭлитроН-52» при мощ- ной энергии импульса, является «бугристой» и требует дальнейшей механической обработки. исследование кинетики массопереноса спла- вов колманой-WC на сталь 45 проводили также на установке ЭФи-46а на режиме: частота коле- баний 100 Гц, ток короткого замыкания Ікз = 4 а, рабочий ток Ір = 1,5...2,0 а, энергия одного раз- ряда Е = 0,28 Дж, (что в 27 раз меньше энергии на установке «ЭлитроН-52») время обработки 10 мин/см2. определялась кинетика изменений следующих параметров: эрозии анода Δа, мас- са увеличения катода Δк (подложка – сталь 45), определенные за каждую минуту обработки 1 см2 подложки. На рис. 1 приведены зависимости прироста массы катода Δк, при электроэрозионной обработ- ке поверхности стали 45 сплавами системы колма- ной-WC, колманой и стандартным сплавом ВК20. Микротвердость покрытий, полученых на уста- новке ЭФи-46а, представлена на рис. 2. сравне- ние значений микротвердости покрытия с 10 % WC с покрытием, содержащим 70 % WC, показало, что микротвердость последнего, в зависимости от рас- стояния до поверхности, в 5 раз превышает микрот- вердость покрытия колманой-10 % WC. исследования на трение и износ покрытий на ста- ли 45 в условиях сухого трения скольжения на возду- хе при комнатной температуре по схеме вал-плоскость проводили на машине трения при скорости скольже- ния 10 м/c и нагрузке 10 кг [4]. Покрытия на торцевой поверхности обрабатывали до чистоты Ra = 0,2 мкм. определяли коэффициент трения f и интенсив- ность изнашивания I, мкм/км. Для сравнения были испытаны образцы стали 45 без покрытия. результаты испытаний приведены в табл. 1. результаты проведенных исследований показа- ли, что износостойкость покрытий увеличивается с увеличением содержания WC. износостойкость покрытия при применении электрода с 70 % WC почти в 9 раз больше износостойкости стали. Проведенные исследования свойств электроис- кровых покрытий (значения массопереноса, тол- щины, твердости и износостойкости) дали воз- можность определить оптимальное содержание легирующих элементов: меди — 4...5, бора — 0,5...0,7, кремния — 3,2 %, что обеспечивает обра- зование тройной эвтектики Ni–Ni3B–Si–Cu, невы- сокая температура плавления которой позволяет получать высокие значения массопереноса элект- родного материала на поверхность детали. содер- жанием WC регулируется твердость покрытия. Электродные материалы на основе карбида титана. объектами исследования выбраны спла- вы на основе карбидов титана с добавками туго- плавких соединений (Мо2с, TiN), а также метал- лов Co, Cr, аl и Ni. При изготовлении образцов использовали порошки тугоплавких соединений Донецкого завода химреактивов, а также техниче- ские порошки никеля, кобальта и хрома. образцы сплавов изготавливали путем размо- ла исходных компонентов в заданном соотноше- нии в планетарной мельнице с последующим го- рячим прессованием. размол порошковых смесей TiC–Mo2C–Co–Cr, TiC–Mo2C–тiN–Co–Cr и TiC– Co–Ni–C проводили в среде ацетона при соотно- шении «порошок : стальные шарики» = 1: 5 в те- чение 30 мин. размер частиц основной фракции полученных смесей составлял менее 1 мкм. Го- рячее прессование образцов в графитовых пресс- формах проводили на гидравлическом прессе при температурах 1420...1500 °с, давлении 30 МПа и продолжительности спекания 5...20 мин. относи- тельная плотность горячепрессованных образцов составляла 0,96...0,98. рис. 1. Кинетические зависимости прироста массы катода Δк при электроэрозионной обработке стали 45 сплавами систе- мы колманой-WC и сплавом ВК20: 1 — колманой-25 % WC; 2 — колманой; 3 — колманой-70 % WC; 4 — ВК20 рис. 2. зависимость микротвердости покрытий от расстояния до поверхности: 1 — колманой-70 % WC; 2 — колманой-10 % WC ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ 61ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №4(752), 2016 разработанные карбидотитановые сплавы были использованы в качестве электродных ма- териалов для нанесения защитных покрытий на стальную подложку из стали 45. Электроискро- вую обработку стальных поверхностей проводили на установке «ЭлитроН-22а» при Iр = 0,8; 1,3; 1,8 и 2,3 а. В процессе исследования определя- ли массу эродированого материала анода Δа, мг и прирост массы катода Δк, мг/см2. исследования фазового состава горячепрессованных образцов карбидотитановых сплавов и структуры защит- ных электроискровых покрытий из них на сталь- ной подложке проводили на установке ДроН–3М в CuКα-излучении. Электронномикроскопические исследования субструктуры и изломов горяче- прессованных образцов на основе карбида титана, а также сформированных электроискровых слоев на стальной подложке (по глубине) осуществляли на установке ПеМУ SelMI. Плотность получен- ных образцов определяли методом гидростатиче- ского взвешивания на аналитических весах марки аДВ–200, микротвердость НМ — на микротвер- домере ПМт–3 при нагрузке на индентор 1,0 Н. Проведен рентгенофазовый анализ электрод- ных материалов следующих составов (мас. %): TiC–12Co–3Ni–0,5с, TiC–5Mo2C–12Co–5Cr и TiC– 5Mo2C–10TiN–12Co–5Cr, а также покрытий, нане- сенных на подложку из стали 45 с использованием указанных электродных сплавов (табл. 2 и 3). согласно данным рентгеновских исследова- ний стальная подложка представляет собой α-Fe с очень незначительным количеством оксида же- леза Fe2O3. основной фазой электродного спла- ва TiC–Co–Ni–с является карбид титана несте- хиометрического состава в области гомогенности TiC1–x. Кроме того, выявлено β-со и присутствую- щие на дифрактограмме линии очень слабой ин- тенсивности, которые идентифицированы как ок- сид титана TixO2x–1. В электроде TiC–Mo2C–Co–Cr аналогично электроду TiC–Co–Ni–с основной фа- зой является карбид титана нестехиометрического состава в области гомогенности TiC1–x. Выявлен карбид хрома Cr3C2. также согласно дифракто- граммы в электродном материале присутствуют следы Co(Ti), карбида молибдена Mo2C, интерме- таллида CoTi2 и оксида титана TixO2x–1. В сплаве TiC–Mo2C–TiN–Co–Cr основной фазой является карбонитрид титана TiCN. На дифрактограмме присутствуют также слабые линии, которые иден- тифицированы как интерметаллиды Cr2Ti, Co3Ti, а также очень слабые линии оксида титана TixO2x. разработанные сплавы имеют подобную струк- туру и отличаются только дисперсностью. В спла- ве TiC–Mo2C–Co–Cr размер зерен карбида титана достигает 10 мкм, а в сплаве TiC–Mo2C–TiN–Co– Cr он не превышает 5 мкм. В этих сплавах по дан- ным локального рентгеноспектрального анализа наблюдаются зернограничные прослойки, содер- жащие Co и Cr. В сплаве TiC–Co–Ni–C зерна карбида титана размером от 2 до 10 мкм разделены прослойкой зернограничной фазы толщиной до 1 мкм. зерно- граничная фаза по данным локального рентгено- спектрального анализа содержит со и Ni. В образ- це наблюдаются поры (в основном по границам зерен) до 10 мкм. На рис. 3 показана кинетика прироста массы катода из стали 45 при электроискровом легиро- вании электродами из карбидотитановых твердых сплавов, а также стандартного сплава тН-20 (TiC– 15 % Ni–6 % Mo). Максимальный эффект при формировании за- щитного покрытия на стальной подложке наблю- дается при использовании сплава на основе кар- бида титана, содержащего карбид молибдена, кобальт и хром. При этом масса перенесенного электродного сплава на стальную подложку более Т а б л и ц а 2 . Фазовый состав и микротвердость электродных материалов состав сплавов, мас. % HМ, ГПа Фазовый состав сплавов TiC–5Mo2C–10Co–5Cr (1) 27,0 TiC1–x, Cr3C2, Mo2C, CoTi2, TixO2x-1 TiC–5Mo2C–10TiN–12Co–5Cr (2) 25,6 TiCN, Cr2Ti, Co3Ti, TixO2x–1 TiC–12Co–3Ni–0,5 с (3) 24,5 TiC1–x, b-Co, TixO2x–1 Т а б л и ц а 3 . Фазовый состав покрытий на стальной подложке из сплавов на основе карбида титана состав электродного материала, мас. % Фазовый состав покрытия на подложке из стали 45 TiC–5Mo2C–10Co–5Cr (1) TiC1–x, Cr7C3, TixO2x-1, Co(Ti), Cr2Ti TiC–5Mo2C–10TiN–12Co–5Cr (2) TiCN, TixO2x-1, Co(Ti), Co3Ti, FeTi TiC–12Co–3Ni–0,5C (3) TiC1–x, Co(Ti), TixO2x-1, Fe2O3, CoO, CoTi2 Т а б л и ц а 1 . Интенсивность изнашивания покрытий системы колманой–WC на стали 45 (P = 10 кг, v = 10 м/с) Материал электрода I, мкм/км f колманой 64,5 0,29 колманой + 10 % WC 60,8 0,28 колманой + 25 % WC 58,6 0,30 колманой + 38 % WC 37,5 0,37 колманой +60 % WC 37,0 0,38 колманой + 70 % WC 18,5 0,30 сталь 45 160 0,40 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ 62 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №4(752), 2016 чем в 3 раза выше по сравнению со стандартным твердым сплавом тН-20. Как свидетельствуют результаты рентгено- фазового анализа сформированных покрытий (табл. 3), в покрытиях, полученных при элек- троискровом легировании с Ір = 0,8 и 1,3 а и ис- пользованием электрода TiC–Co–Ni–с, основной фазой является карбид титана нестехиометри- ческого состава в области гомогенности TiC1–x с межплоскостным расстоянием, которое несколько меньше, чем такое же в электродном материале. В покрытии также присутствует твердый раствор титана в кобальте со(ті), оксид титана TixO2x–1. Кроме того, в покрытии проявляются составляю- щие подложки Fe и оксид железа Fe2O3, а также наблюдаются слабые линии, которые могут указы- вать на наличие в покрытии следов оксида кобаль- та соо и интерметаллида CoTi2. Проведенные электронномикроскопические исследования морфологии поверхности электро- искровых покрытий из сплавов на основе тіс показали, что для всех трех покрытий характер- но наличие на поверхности двух видов морфо- логий: первая — поверхность оплавлена, вторая представлена накоплением округлых частиц раз- мерами от долей микрона до 10 мкм. В покрыти- ях, сформированных из первых двух сплавов, на- блюдаются накопления мелких округлых частиц, в случае использования сплава № 3 округлые ча- стицы достаточно равномерно распределены по поверхности. На относительно гладких оплавлен- ных участках наблюдаются трещины. исследова- ние состава методом локального рентгеноспек- трального анализа не показало отличий в составе оплавленных участков и участков, покрытых на- коплениями частиц. анализ поперечных сечений электроискровых покрытий из сплавов на основе карбида титана на подложке из стали 45 показал, что толщина сформированных покрытий состав- ляет 50...100 мкм. На этих же образцах было изучено распре- деление микротвердости по глубине покрытий (рис. 4). из приведенных данных видно некото- рую аномалию в изменении микротвердости по глубине покрытия, а именно — на расстоянии от поверхности покрытия 10...15 мкм микротвер- дость составляет 7...9 ГПа с последующим ее по- вышением, по мере удаления от поверхности, до значений 12...14 ГПа. объяснение этому следу- ет искать в изменении содержания элементов по толщине покрытий, например кислорода в припо- верхностном слое. так, чем меньше содержание кислорода, тем меньше наличие твердых фаз, со- держащих кислород (табл. 3) в процессе формиро- вания электроискровых покрытий. Покрытия из твердых сплавов на основе кар- бида титана были испытаны в условиях трения об абразивную шкурку из карбида кремния зер- нистостью р1200. интенсивность изнашива- ния при абразивном трении покрытия из сплава TiC–Mo2C–Co–Cr на пути трения до 15 м в 2 раза меньше в сравнении со сталью 45. износостойкость, определенная при трении по абразивной шкурке, является фундаменталь- ной характеристикой прочностных свойств по- верхностного слоя образца. относительная из- носостойкость дает в безразмерных единицах количественную оценку сопротивления матери- ала разрушению. Полученные данные в сочета- нии с данными о твердости покрытий в сечении подтверждают эффективность электроискрового упрочнения стальных поверхностей разработан- ными материалами. Проведена оценка триботехнических свойств образцов из стали 45 с электроискровыми по- крытиями, нанесенными на установке «Эли- троН-22а» при рабочем токе 1,3 а с использо- ванием электродов из разработанных сплавов рис. 3. Кинетика прироста массы катода из стали 45 при електроискровом легировании сплавами на основе карбида титана: TiC–Mo2C–Co–Cr (1), TiC–Mo2C–TiN–Co–Cr (2), TiC– Co–Ni–C (3) и тН-20 (4) рис. 4. распределение микротвердости по глубине покрытий, полученных при легировании подложки из стали 45 карбидо- титановими твердыми сплавами: TiC–Mo2C–Co–Cr (1), TiC– Mo2C–TiN–Co–Cr (2), TiC–Co–Ni-с (3) ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ 63ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №4(752), 2016 на основе карбида титана и стандартного сплава тН–20. испытания на трение и износ проведены по схеме вал-плоскость на машине трения [4] при скоростях скольжения 0,5, 1,2 и 3 м/с и нагрузке 1 МПа. В качестве контртела использовали коль- цо (вал) диаметром 40 мм из закаленной стали 45 (HRA 42...48) с шероховатостью рабочей поверх- ности Ra = 0,2 мкм. испытания проводили на воз- духе без смазки. Путь трения составлял 3 км. тем- пературу в зоне контакта измеряли на расстоянии 0,3 мм от поверхности трения. интенсивность из- нашивания I (мг/км) определяли путем взвешива- ния образца с покрытием до и после испытаний. На рис. 5 показана зависимость интенсивно- сти изнашивания электроискровых покрытий из разработанных электродных материалов на сталь- ной подложке при различных скоростях скольже- ния. температура в зоне контакта изменялась в за- висимости от скорости скольжения в диапазоне 92...275 °с. рост температуры в зоне контакта по мере повышения скорости скольжения приводит у всех пар трения к росту интенсивности изнаши- вания и снижению коэффициента трения. иссле- дования показали, что полученные покрытия при скоростях скольжения до 2 м/с при трении по ста- ли имеют высокую износостойкость и могут быть использованы в парах трения. Практическое использование разработан- ных электродных материалов. Применение но- вых композиционных электродных материалов колманой-WC дает возможность получать элек- троискровые покрытия толщиной до 2...4 мм c износостойкостью в 5…10 раз выше износо- стойкости стали 45. изменяя соотношение ком- понентов колманоя и WC возможно получать по- крытия на конструкционных сталях с широким спектром свойств. Для восстановления деталей из стали ст.3 или не закаленной стали 45 целе- сообразным является использование покрытий из сплава, содержащего не более 25 мас. % WC. Для восстановления деталей из закаленных ста- лей необходимо использовать покрытия из спла- ва с содержанием 50 мас. % WC. Проведена рабо- та по практическому использованию материалов и технологии электроискрового упрочнения и восстановления металлических поверхностей на предприятиях «техМаШКоМПаНи» и «Укрме- таллургремонт» (г. Днепродзержинск). одна из причин выхода из строя деталей ма- шин — фреттинг-коррозия, которая возникает на границе раздела двух тел , контактирующих друг с другом. сочетание природной коррозии с фрет- тинг-механическим износом двух поверхностей, имеющих малое относительное взаимное пере- мещение, приводит к значительному повышению степени износа поверхностей и опасности локаль- ного разрушения. износ имеет вид так называе- мых язв (каверн), достигаючих значительной глу- бины. К таким парам относятся контактирующие поверхности подшипников, шлицы, шпоночные соединения, прессовые посадки, детали электро- двигателей, кулачковые механизмы, соприкаса- ющиеся валы. Эти язвы приводят к образованию усталостных трещин и локальному разрушению. Убрать эти язвы, особенно на деталях, где не до- пускается термическое воздействие на металл, практически невозможно. только электроэрози- онная обработка позволяет исправить этот дефект. Но в этом случае глубина язв не может превышать 0,4 мм. разработанный авторами сплав колма- ной-WC позволяет увеличить точечную толщину нанесенного слоя до 1,8 мм, что позволяет значи- тельно расширить номенклатуру ремонтно-при- годных деталей. сплав колманой-WC успешно был использован на предприятии «техМаШКоМПаНи» для вос- становления штоков шахтных гидростоек (рис. 6), которые эксплуатируются во влажной среде, и при длительной эксплуатации на поверхности штока в местах контакта с нижней и верхней опорой стой- ки образуются точечные каверны, приводящие к потере герметичности узла и резкому снижению нагрузки, воспринимаемой стойкой. Это приводит к необходимости ремонта стоек. Электроэрозион- рис. 5. Влияние скорости скольжения на интенсивность изна- шивания электроискровых покрытий из сплавов: TiC–Mo2C– Co–Cr (1), TiC–Mo2C–TiN–Co–Cr (2), TiC–Co–Ni-с (3) и тН– 20 (4) при трении по стали 45 рис. 6. Шахтные гидростойки после восстановления методом электроискрового легирования ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ 64 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №4(752), 2016 ное устранение каверн с последующим выглажи- ванием вместо применяемой в настоящее время наплавки всей поверхности штока с последующей механической обработкой, позволило значитель- но снизить время восстановления штока и в 3 раза уменьшить расходы на ремонт. Промышленные испытания сплава колма- ной-WC показали, что по ряду показателей он превосходит сплавы типа ВК и стеллит, которые применяются при электроискровом восстановле- нии в настоящее время. Максимальная толщина наносимого слоя увеличилась с 0,5 до 1,8 мм. В промышленных условиях была внедрена тех- нология электроискрового нанесения покрытий для восстановления посадочных поверхностей осей крановых тележек мостовых кранов, поса- дочных отверстий в корпусе буксы оси крановой тележки, посадочных отверстий подшипников в крышках электродвигателей и для упрочнения ин- струментов. ось крановой тележки имеет диаметр 100 и длину 700 мм. она изготовлена из стали 45. В процессе эксплуатации изнашивается посадочная поверхность на концах осей шириной 40 мм. Ве- личина износа достигает 0,4 мм. Восстановление производится окончательно без последующей ме- ханической обработки. оператор определяет необ- ходимую толщину покрытия восстановления и, вы- брав один из 9 режимов установки Эил8а, наносит на поверхность детали необходимый слой. Вос- становление посадочных отверстий подшипников в крышках электромоторов производится по той же технологии. Электроискровое легирование было исполь- зовано для восстановления валов электродви- гателей. раньше эти валы заменялись новыми. Восстановление валов методом электродуговой наплавки на изношенные посадочные места под- шипников металлических сплавов показало, что вследствие высокой температуры наплавки в ста- ли вала происходят структурные изменения, а соот- ветственно и деформация, которую механической обработкой исправить невозможно. В электродви- гателе появлялось биение и он становился непригод- ным для эксплуатации. Вопрос был решен методом электроискрового легирования. Электродный мате- риал колманой-50 % WC был использован на НПП «Электромаш» (г. сумы) для локального упрочнения на установках «Элитрон-22а» и «Электрон-52а» лемехов плугов, восстановления валков прокатных станов и посадочных мест промышленных вентиля- торов (рис. 7). Выводы 1. разработана технология получения эвтекти- ческого сплава Ni–Ni3B (колманой) с добавками WC. Установлено наличие эвтектических струк- тур в разработанных электродах. Показано, что твердость возрастает с ростом содержания WC от 2,8 до 8,7 ГПа для сплава колманой и колма- ной-70 % WC соответственно. толщина покры- тий уменьшается от максимальной 4,2...4,8 мм для сплава колманой до 3,2...3,8 для сплава с 50 % WC. Микроструктура полученных покрытий имеет характер тонкого конгломерата фаз на основе никеля и WC. износостойкость покрытий колманой-WC в 3...5 раз выше износостойкости стали 45. 2. Покрытия на металлических подлож- ках электродами на основе тiC имеют толщину 50...100 мкм, сплошность около 80 %, микротвер- дость 12...14 ГПа. При трении скольжения износо- стойкость покрытий из разработанных сплавов на основе тiC в 2...4 раза выше по сравнению с по- крытиями из стандартного сплава тН–20. 3. Внедрение технологии электроискровой обработки изношенных поверхностей и новых электродных материалов в 1,5...2 раза увеличи- вают стойкость деталей и инструментов и в 3...5 раз уменьшают затраты, связанные с ремонтом оборудования. 1. Газотермические покрытия из порошковых материалов: [справочник] / Ю. с. борисов, Ю. а. харламов, с. л. сидоренко, е. Н. ардатовская. – К.: Наук. думка, 1987. – 544 с. 2. Паустовский а. В. оптимизация состава, структуры и свойств электродных материалов и электроискровых по- крытий при упрочнении и восстановлении металличе- ских поверхностей / а. В. Паустовский, Ю. Г. ткаченко, р. а. алфинцева [и др.] // Электронная обработка матери- алов. – 2013. – 49, № 1. – с.4–13. 3. Уманский Я. с. рентгенография / Я. с. Уманский, а. К. трапезников, а. и. Китайгородский. – М.: Машгиз, 1951. – 310 с. 4. Колесниченко л. Ф. Методика изучения трения и износа металлокерамических материалов / л. Ф. Колесниченко, В. В. Полотай, л. В. заболотный // Порошковая метал- лургия. – 1970. – № 3. – с. 61–66. Поступила в редакцию 25.12.2015 рис. 7. Восстановление посадочных мест промышленных вентиляторов
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-146559
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0005-111X
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T17:31:17Z
publishDate	2016
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format	dspace
spelling	Паустовский, А.В. Ткаченко, Ю.Г. Алфинцева, Р.А. Юрченко, Д.З. Христов, В.Г. 2019-02-10T08:11:06Z 2019-02-10T08:11:06Z 2016 Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей / А.В. Паустовский, Ю.Г. Ткаченко, Р.А. Алфинцева, Д.З. Юрченко, В.Г. Христов // Автоматическая сварка. — 2016. — № 4 (752). — С. 58-64. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0005-111X DOI:https://doi.org/10.15407/as2016.04.07 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146559 621.9.048.669.268 Разработаны электродные материалы для получения электроискровых покрытий из сплава колманой-WC, c содержанием WC 10...70 мас. % и твердых сплавов с использованием TiC, Mo2C, TiN, Co, Cr, Ni, Al. Исследованы фазовый состав, структура, кинетика массопереноса, твердость и износостойкость электроискровых покрытий из разработанных сплавов. Показано, что в сплавах колманой, колманой-10 % WC и колманой-25 % WC наблюдается структура эвтектического характера. При энергии импульса 7,5 Дж толщина сформированных покрытий составила 3...5 мм. Износостойкость покрытий колманой–WC в 3,5 раза выше покрытий из сплава колманой. Установлено, что структура и состав разработанных электродных материалов из твердых сплавов на основе TiC позволяют получить электроискровые покрытия толщиной до 100 мкм, твердостью до 14 ГПа. Разработанные электродные материалы применены в промышленных условиях для упрочнения и восстановления электроискровым способом изношенных деталей из конструкционных сталей. The electrode materials for producing electric spark coatings of Colmonoy–WC alloy containing 10–70 wt.% WC and hard alloys using TiC, Mo2C, TiN, Co, Cr, Ni, Al were developed. The phase composition, structure, mass transfer kinetics, hardness and wear resistance of electric spark coatings of the developed alloys were investigated. It was shown that in Colmonoy alloys, Colmonoy–10 % WC and Colmonoy–25 % WC the structure of eutectic character is observed. At pulse energy of 7.5 J the thickness of formed coatings amounted to 3–5 mm. The wear resistance of coatings Colmonoy–WC is 3.5 times higher than that of Colmonoy alloy coatings. It was found that the structure and composition of the developed electrode materials of TiC-based hard alloys allows producing electric spark coatings of up to 100 μm thickness and with hardness of up to 14 GPa. The developed electrode materials were applied under the industrial conditions for strengthening and restoration of worn-out parts of structural steels using electric spark method. По материалам работы, выполненной в рамках целевой комплексной программы НАН Украины «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин» (2013–2015 рр.). ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей Composition, structure and technology for production of electrode materials for electric spark restoration and strengthening of worn-out parts Article published earlier
spellingShingle	Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей Паустовский, А.В. Ткаченко, Ю.Г. Алфинцева, Р.А. Юрченко, Д.З. Христов, В.Г. Производственный раздел
title	Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей
title_alt	Composition, structure and technology for production of electrode materials for electric spark restoration and strengthening of worn-out parts
title_full	Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей
title_fullStr	Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей
title_full_unstemmed	Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей
title_short	Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей
title_sort	состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей
topic	Производственный раздел
topic_facet	Производственный раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146559
work_keys_str_mv	AT paustovskiiav sostavstrukturaitehnologiâpolučeniâélektrodnyhmaterialovdlâélektroiskrovogovosstanovleniâiupročneniâiznošennyhdetalei AT tkačenkoûg sostavstrukturaitehnologiâpolučeniâélektrodnyhmaterialovdlâélektroiskrovogovosstanovleniâiupročneniâiznošennyhdetalei AT alfincevara sostavstrukturaitehnologiâpolučeniâélektrodnyhmaterialovdlâélektroiskrovogovosstanovleniâiupročneniâiznošennyhdetalei AT ûrčenkodz sostavstrukturaitehnologiâpolučeniâélektrodnyhmaterialovdlâélektroiskrovogovosstanovleniâiupročneniâiznošennyhdetalei AT hristovvg sostavstrukturaitehnologiâpolučeniâélektrodnyhmaterialovdlâélektroiskrovogovosstanovleniâiupročneniâiznošennyhdetalei AT paustovskiiav compositionstructureandtechnologyforproductionofelectrodematerialsforelectricsparkrestorationandstrengtheningofwornoutparts AT tkačenkoûg compositionstructureandtechnologyforproductionofelectrodematerialsforelectricsparkrestorationandstrengtheningofwornoutparts AT alfincevara compositionstructureandtechnologyforproductionofelectrodematerialsforelectricsparkrestorationandstrengtheningofwornoutparts AT ûrčenkodz compositionstructureandtechnologyforproductionofelectrodematerialsforelectricsparkrestorationandstrengtheningofwornoutparts AT hristovvg compositionstructureandtechnologyforproductionofelectrodematerialsforelectricsparkrestorationandstrengtheningofwornoutparts

Состав, структура и технология получения электродных материалов для электроискрового восстановления и упрочнения изношенных деталей

Institution

Ähnliche Einträge