RU2193606C2

RU2193606C2 - Method of treatment of steel and cast-iron surfaces of articles

Info

Publication number: RU2193606C2
Application number: RU2000115261A
Authority: RU
Inventors: В.И. Жиганов; С.А. Яковлев
Original assignee: Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2002-11-27

Abstract

FIELD: metalworking. SUBSTANCE: proposed method consists in friction-mechanical application of clad coats followed by electromechanical smoothing. First, working surface of article is rubbed with tool made from copper or its alloys (brass, bronze) to layer of 9 mcm, after which it is subjected to electromechanical smoothing by means of another tool made from hard alloy at radius working surface at rate of 0.1 to 0.2 m/s, pressure of 10 Mpa and current density of 110 to 150 A/mm; both tools and article form common working electric circuit. Proposed method provides for modified microrelief which reduces friction coefficient by more than two times. EFFECT: reduced friction coefficient; holding lubricant on surface; enhanced wear resistance; increased load. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области металлообработки, касается методов повышения износостойкости различных деталей машин путем фрикционно-механического нанесения антифрикционного плакирующего покрытия и последующей электромеханической обработки. The invention relates to the field of metal working, relates to methods for increasing the wear resistance of various machine parts by friction-mechanical deposition of an antifriction clad coating and subsequent electromechanical processing.

Известны способы обработки рабочих поверхностей изделий: гильз цилиндров, шеек коленчатых валов, осей и др. (Повышение износостойкости на основе избирательного переноса. /Под ред. Д. Н. Гаркунова - М.: Машиностроение, 1977.-215 с.; Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1989.-328 с. ) путем фрикционно-механического нанесения на них тонкого слоя материала, имеющего повышенные противозадирные свойства и способствующего повышению износостойкости изделия. Known methods for processing the working surfaces of products: cylinder liners, necks of crankshafts, axles, etc. (Improving wear resistance based on selective transfer. / Ed. By D. N. Garkunov - M .: Mechanical Engineering, 1977.-215 p .; Garkunov D .N Tribotekhnika. - M.: Mashinostroenie, 1989.-328 p.) By friction-mechanical application of a thin layer of material on them having enhanced extreme pressure properties and contributing to increased wear resistance of the product.

Недостатками этого способа являются необходимость (как правило) предварительной химико-термической упрочняющей обработки поверхностей; длительность, сложность процесса и большие затраты энергии и компонентов; отсутствие требуемого микрорельефа и недостаточная износостойкость поверхности. The disadvantages of this method are the need (usually) preliminary chemical-thermal hardening of the surfaces; the duration, complexity of the process and the high cost of energy and components; lack of the required microrelief and insufficient wear resistance of the surface.

Известны способы обработки поверхностей (а.с. 91691, СССР; Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. - Л.: Машиностроение, 1989. -184 с.) посредством электромеханического их упрочнения. В процессе обработки этим способом через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего выступающие гребешки поверхности изделия подвергаются сильному нагреву, под давлением инструмента деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой металла упрочняется. Этот способ существенно изменяет физико-механические свойства поверхностного слоя и позволяет повысить износостойкость, а также другие эксплутационные характеристики изделия. Known methods of surface treatment (AS 91691, USSR; Askinazi BM Hardening and restoration of parts by electromechanical processing. - L .: Mashinostroenie, 1989. -184 p.) By electromechanical hardening. During processing by this method, a current of high force and low voltage passes through the place of contact of the tool with the product, as a result of which the protruding ridges of the surface of the product undergo strong heating, under the pressure of the tool are deformed and smoothed, and the surface layer of metal is hardened. This method significantly changes the physico-mechanical properties of the surface layer and improves the wear resistance, as well as other operational characteristics of the product.

Однако данный способ не обеспечивает высокие противозадирные и антифрикционные свойства поверхностного слоя, не исключает схватывания рабочих поверхностей. However, this method does not provide high extreme pressure and antifriction properties of the surface layer, does not exclude the setting of working surfaces.

Известен способ фрикционной обработки стальных изделий (патент 2008366, кл. С 23 С 26/ 00, РФ - принят за прототип), заключающийся в том, что натирание поверхности латунным прутком осуществляют поступательным перемещением прутка под углом к поверхности со скоростью 1,0-1,5 м/с под давлением 20-30 кгс/мм с одновременным наложением ультразвуковых колебаний с частотой 18-20 кГц и амплитудой 50-70 мкм. A known method of friction processing of steel products (patent 2008366, class C 23 C 26/00, RF - adopted as a prototype), which consists in the fact that the surface is rubbed with a brass rod by translating the rod at an angle to the surface at a speed of 1.0-1 , 5 m / s under a pressure of 20-30 kgf / mm with simultaneous superposition of ultrasonic vibrations with a frequency of 18-20 kHz and an amplitude of 50-70 microns.

Такой способ повышает качество обработанной поверхности, его производительность. Однако данный способ отличается сложностью, необходимостью применения специального оборудования; не происходит изменения структуры поверхностного слоя, поэтому повышение износостойкости происходит лишь частично за счет повышения антифрикционных свойств поверхности, обработанной присадочным материалом. This method improves the quality of the processed surface, its performance. However, this method is difficult, the need for special equipment; there is no change in the structure of the surface layer, therefore, the increase in wear resistance occurs only partially due to an increase in the antifriction properties of the surface treated with filler material.

Достигаемый технический результат по заявленному изобретению - повышение износостойкости обработанной поверхности изделия путем образования направленного микрорельефа, увеличения прочности сцепления легирующего (присадочного) и основного материалов при одновременном упрочнении поверхностного слоя металла изделия. Achievable technical result according to the claimed invention is to increase the wear resistance of the treated surface of the product by the formation of directional microrelief, increase the adhesion strength of the alloying (filler) and base materials while strengthening the surface layer of the metal product.

Указанный технический результат достигается за счет того, что натирание поверхности изделия осуществляют инструментом до слоя толщиной 9 мкм, после чего проводят упрочняющую обработку путем сглаживания поверхности твердосплавным инструментом со скоростью 0,1-0,2 м/с при давлении 10 МПа и плотности тока 110-150 А/мм², причем инструменты и изделие образуют общую рабочую электрическую цепь, а изделия представляют собой тела вращения, натирание которых проводят инструментом из латуни или бронзы.The specified technical result is achieved due to the fact that the rubbing of the surface of the product is carried out with a tool up to a layer with a thickness of 9 μm, after which hardening treatment is carried out by smoothing the surface with a carbide tool at a speed of 0.1-0.2 m / s at a pressure of 10 MPa and a current density of 110 -150 A / mm ² , with the tools and the product forming a common working electrical circuit, and the products are bodies of revolution, the rubbing of which is carried out with a tool made of brass or bronze.

На фиг. 1 схематично представлена исходная поверхность (шероховатость поверхности после ее обработки резанием); на фиг. 2 - микрорельеф той же поверхности после натирания легирующим материалом; на фиг. 3 - поверхность с легирующим материалом после электромеханического сглаживания. In FIG. 1 schematically shows the initial surface (surface roughness after it is processed by cutting); in FIG. 2 - microrelief of the same surface after rubbing with alloying material; in FIG. 3 - surface with alloying material after electromechanical smoothing.

Способ осуществляется следующим образом. На исходную поверхность (фиг.1) с заданной шероховатостью Ra при ее контакте с инструментом, выполненным на основе меди и являющимся одновременно проводником электрического тока, переносится тончайший слой материала инструмента (пленка до 0,01 мм) за счет механического трения и одновременного подвода электрического тока к изделию. Получается поверхность (фиг. 2), состоящая из основного металла 1 и легирующего элемента 2, частицы которого располагаются во впадинах исходного профиля, образуя незначительные пустоты между основным и присадочным материалами (на чертеже не обозначены). The method is as follows. A thin layer of tool material (film up to 0.01 mm) is transferred to the initial surface (Fig. 1) with a given roughness Ra when it is in contact with a tool made on the basis of copper and being simultaneously a conductor of electric current due to mechanical friction and simultaneous supply of electric current to the product. It turns out the surface (Fig. 2), consisting of the base metal 1 and the alloying element 2, the particles of which are located in the depressions of the original profile, forming minor voids between the main and filler materials (not shown in the drawing).

При последующей электромеханической обработке поверхности твердосплавным инструментом в месте контакта с деталью происходит местный нагрев поверхности контакта выше температуры фазового превращения, что приводит к разрушению окисных пленок, смятию микронеровностей с одновременным плотным заполнением полостей, устьев микротрещин и углублений присадочным материалом - его "завальцовыванию" (фиг. 3). Subsequent electromechanical processing of the surface with a carbide tool in the place of contact with the part causes local contact surface heating above the phase transformation temperature, which leads to the destruction of oxide films, crushing of microroughnesses with the simultaneous dense filling of cavities, mouths of microcracks and cavities with filler material - its “rolling” (Fig. . 3).

Предлагаемая комплексная фрикционно-электромеханическая обработка обеспечивает дополнительную активацию процесса нанесения покрытия за счет срабатывания термического канала (интенсивный нагрев локальных участков поверхности) и механического канала (разрушение окисных пленок, улучшение сцепления наносимого слоя с поверхностью). Кроме того, поверхностный слой детали упрочняется до 8000 МПа на глубину до 0,1 мм, снижается шероховатость поверхности, появляются остаточные напряжения сжатия. В результате на поверхности изделия обеспечивается положительный градиент свойств, позволяющих значительно повысить износостойкость рабочих поверхностей трения. The proposed complex friction-electromechanical treatment provides additional activation of the coating process due to the operation of the thermal channel (intensive heating of local surface areas) and the mechanical channel (destruction of oxide films, improved adhesion of the applied layer to the surface). In addition, the surface layer of the component hardens to 8000 MPa to a depth of 0.1 mm, surface roughness decreases, and residual compressive stresses appear. As a result, a positive gradient of properties is provided on the surface of the product, which can significantly increase the wear resistance of the friction surfaces.

Например, образцы, подвергнутые обработке по предложенному способу, оценивали лабораторными методами на машине трения СМТ-1 по схеме "ролик - колодка". Ролики и колодки изготавливали из стали 45, шероховатость поверхности оценивали профилометром-профилографом ВЭИ-201 завода "Калибр". Равномерность покрытия оценивали визуально, используя лупу двухкратного увеличения. Испытания образцов с покрытиями проводили при постоянной нагрузке 980 Н и частоте вращения ролика 50 об/мин. Противозадирные свойства оценивали по изменению коэффициента трения в зависимости от пути трения, который замеряли и непрерывно регистрировали на ленте потенциометра КСП-4. For example, samples subjected to processing by the proposed method were evaluated by laboratory methods on a SMT-1 friction machine according to the “roller-block” scheme. The rollers and pads were made of steel 45, the surface roughness was evaluated by a profiler-profilograph VEI-201 factory "Caliber". The uniformity of the coating was evaluated visually using a magnifier with a double magnification. Testing of coated samples was carried out at a constant load of 980 N and a roller speed of 50 rpm. Anti-seize properties were evaluated by the change in the coefficient of friction depending on the friction path, which was measured and continuously recorded on the tape of the KSP-4 potentiometer.

Таким образом, на образцах, обработанных по предлагаемому способу, создается характерный модифицированный микрорельеф поверхности - композиция определенной микрогеометрии слоев с высокой микротвердостью и участками с нанесенным покрытием, что снижает более чем в 2 раза коэффициент трения, создаются условия для удержания смазки в сопряжении (увеличение маслоемкости), значительно повышается износостойкость и увеличивается нагрузка до заедания. Thus, on the samples processed by the proposed method, a characteristic modified surface microrelief is created - a composition of a certain microgeometry of layers with high microhardness and coated areas, which reduces the friction coefficient by more than 2 times, conditions are created for holding the lubricant in conjunction (increase oil absorption ), significantly increases wear resistance and increases the load before seizing.

Claims

1. The method of processing steel and cast iron surfaces of products, including rubbing the surface with a tool made of copper or its alloys and hardening treatment, characterized in that the rubbing of the surface of the product is carried out to a layer with a thickness of 9 μm, after which hardening is performed by smoothing the surface with a carbide tool at a speed of 0 , 1-0.2 m / s at a pressure of 10 MPa and a current density of 110 A / mm ² , and the tools and the product form a common working electrical circuit.

2. The method according to p. 1, characterized in that the products are bodies of revolution.

3. The method according to p. 1, characterized in that the rubbing is carried out with a tool made of brass or bronze.