[go: up one dir, main page]

RU2364662C2 - Method of steel and cast iron products surface treatment - Google Patents

Method of steel and cast iron products surface treatment Download PDF

Info

Publication number
RU2364662C2
RU2364662C2 RU2005137433/02A RU2005137433A RU2364662C2 RU 2364662 C2 RU2364662 C2 RU 2364662C2 RU 2005137433/02 A RU2005137433/02 A RU 2005137433/02A RU 2005137433 A RU2005137433 A RU 2005137433A RU 2364662 C2 RU2364662 C2 RU 2364662C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
electromechanical
layer
item
edm
Prior art date
Application number
RU2005137433/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005137433A (en
Inventor
Сергей Александрович Яковлев (RU)
Сергей Александрович Яковлев
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия
Priority to RU2005137433/02A priority Critical patent/RU2364662C2/en
Publication of RU2005137433A publication Critical patent/RU2005137433A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2364662C2 publication Critical patent/RU2364662C2/en

Links

Landscapes

  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention is of relevance for metalworking. The surfacial working layer of the item is polished with an electrode machine (EDM) electrode fabricated of copper or a copper-base alloy. Then the above layer undergoes electromechanical strengthening by means of a carbide EDM electrode with the tools and the item being treated forming a common working electrical circuit. Polishing is done till a preset thickness layer is produced with the help of an EDM electrode positioned above the item rotation axis combined with simultaneous superposition of ultrasonic oscillations of a preset frequency and amplitude. Electromechanical strengthening is done at a specific current density and speed.
EFFECT: enhanced resistance to wear of machinery components shaped as solids of revolution.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области фрикционно-электромеханического нанесения покрытий на поверхности стальных и чугунных изделий и может быть использовано для повышения износостойкости деталей представляющих собой тела вращения при металлообработке.The invention relates to the field of friction-electromechanical coating on the surface of steel and cast iron products and can be used to increase the wear resistance of parts representing bodies of revolution during metalworking.

Известны способы повышения износостойкости деталей (см. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. - Л.: Машиностроение - 1989 - 184 с. и Багмутов В.П., Паршев С.Н., Дудкина Н.Г., Захаров И.Н. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация. - Новосибирск: Наука, 2003 - 318 с.) посредством их электромеханического упрочнения. В процессе обработки этим способом через зону контакта электрод-инструмента (ролика или пластины) проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего на контактирующей поверхности изделия выделяется большое количество джоулева тепла, происходит высокоскоростной нагрев локального микрообъема поверхности с одновременным его пластическим деформированием и последующее интенсивное охлаждение за счет отвода тепла в глубь детали, что приводит к его упрочнению. Способ существенно изменяет физико-механические свойства поверхностного слоя изделий и позволяет повысить их служебные характеристики.Known methods for increasing the wear resistance of parts (see Askinazi B.M. Hardening and restoration of parts by electromechanical processing. - L .: Engineering - 1989 - 184 pp. And Bagmutov V.P., Parshev S.N., Dudkina N.G., Zakharov I.N. Electromechanical processing: technological and physical foundations, properties, implementation. — Novosibirsk: Nauka, 2003 — 318 pp.) Through their electromechanical hardening. During processing by this method, a current of high force and low voltage passes through the contact area of the electrode-tool (roller or plate), as a result of which a large amount of Joule heat is released on the contacting surface of the product, high-speed heating of the local microvolume of the surface with simultaneous plastic deformation and subsequent intense cooling due to heat removal deep into the part, which leads to its hardening. The method significantly changes the physicomechanical properties of the surface layer of products and improves their performance characteristics.

Однако этот способ не обеспечивает высокие противозадирные и антифрикционные свойства поверхностей, что иногда приводит к схватыванию поверхностных слоев деталей.However, this method does not provide high anti-seize and anti-friction properties of the surfaces, which sometimes leads to setting surface layers of parts.

Известен способ фрикционной обработки стальных изделий (Патент №2008366, С23С 26/00. Опубл. 28.02.94. Бюл. №4. - 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/мм2 с одновременным наложением ультразвуковых колебаний частотой 18-20 кГц и амплитудой 50-70 мкм. Этот способ повышает триботехнические показатели за счет более полного заполнения полостей, устьев микротрещин и углублений микронеровностей присадочным материалом. Однако при таком способе обработки структура поверхностного слоя не изменяется и износостойкость поверхности повышается лишь частично.A known method of friction processing of steel products (Patent No. 20088366, C23C 26/00. Publ. 28.02.94. Bull. No. 4. - adopted as a prototype) consisting in the fact that the surface is rubbed with a brass rod by translating the rod at an angle to the surface of a speed of 1.0-1.5 m / s under a pressure of 20-30 kgf / mm 2 with simultaneous superposition of ultrasonic vibrations with a frequency of 18-20 kHz and an amplitude of 50-70 microns. This method improves tribological performance due to a more complete filling of cavities, mouths of microcracks and microroughness cavities with filler material. However, with this processing method, the structure of the surface layer does not change and the wear resistance of the surface increases only partially.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ обработки стальных и чугунных поверхностей изделий (Патент №2193606, С23С 24/02. Опубл. 27.11.02. Бюл. №33), заключающийся в том, что одновременно друг за другом сначала осуществляется натирание рабочей поверхности изделия до слоя толщиной 9 мкм одним электрод-инструментом, изготовленным из меди и ее сплавов, затем производят электромеханическое упрочнение этой поверхности другим электрод-инструментом, изготовленным из твердого сплава, со скоростью 0,1-0,2 м/с при давлении 10 МПа и плотности тока 110 А/мм2, причем оба электрод-инструмента с изделием образуют общую рабочую электрическую цепь.Closest to the proposed invention is a method of processing steel and cast iron surfaces of products (Patent No. 2193606, C23C 24/02. Publ. 27.11.02. Bull. No. 33), which consists in the fact that simultaneously one after the other, first rubbing the working surface of the product to a layer 9 μm thick with one electrode tool made of copper and its alloys, then electromechanical hardening of this surface with another electrode tool made of hard alloy is performed at a speed of 0.1-0.2 m / s at a pressure of 10 MPa and density t approx. 110 A / mm 2 , and both electrode-tools with the product form a common working electrical circuit.

Данный способ позволяет повысить износостойкость и противозадирные свойства обработанных поверхностей. Однако он отличается низкой производительностью, невысокой стабильностью процесса нанесения антифрикционного плакирующего покрытия на поверхности изделий и, следовательно, небольшим повышением износостойкости.This method improves the wear resistance and extreme pressure properties of the treated surfaces. However, it is characterized by low productivity, low stability of the process of applying an anti-friction clad coating on the surface of products and, therefore, a slight increase in wear resistance.

Достигаемый технический результат по заявленному изобретению - дальнейшее повышение износостойкости обработанной поверхности детали и производительности процесса обработки путем дополнительного принудительного нанесения антифрикционного плакирующего слоя равномерно по всей рабочей площади поверхности изделия за счет лучшего заполнения микровпадин исходного поверхностного слоя и последующего его "завальцовывания" твердосплавным электрод-инструментом.The technical result achieved by the claimed invention is a further increase in the wear resistance of the treated surface of the part and the productivity of the processing process by additionally applying the anti-friction cladding layer evenly over the entire working surface area of the product due to the better filling of the microcavities of the initial surface layer and its subsequent “rolling” with a carbide electrode tool.

Указанный технический результат достигается за счет того, что натирание осуществляют до слоя, толщиной 50 мкм электрод-инструментом из меди или ее сплавов, расположенным выше оси вращения детали с одновременным наложением на него ультразвуковых колебаний частотой 10-15 кГц и амплитудой 30-40 мкм, а электромеханическое упрочнение осуществляют другим твердосплавным электрод-инструментом со скоростью 0,3-0,4 м/с и плотностью тока 150-250 А/мм.The specified technical result is achieved due to the fact that the rubbing is carried out to a layer with a thickness of 50 μm by an electrode tool made of copper or its alloys located above the axis of rotation of the part with the simultaneous superposition of ultrasonic vibrations with a frequency of 10-15 kHz and an amplitude of 30-40 μm, and electromechanical hardening is carried out by another carbide electrode tool with a speed of 0.3-0.4 m / s and a current density of 150-250 A / mm

На чертеже представлена упрощенная схема фрикционно-электромеханической обработки изделия, поясняющая данный способ.The drawing shows a simplified diagram of the friction-electromechanical processing of the product, explaining this method.

К вращающейся детали 1 с усилиями P1 и P2 прижимаются твердосплавный (упрочняющий) 2 и легирующий (натирающий) 3 инструменты. Натирающий инструмент располагается выше оси вращения на высоте Н и к нему прикладываются ультразвуковые колебания, после чего по рабочей цепи пропускается электрический ток. Дополнительной наложение ультразвуковых колебаний на натирающий электрод-инструмент обеспечивает сокращение времени насыщения легирующими элементами обрабатываемого поверхностного слоя за счет увеличения энергии отрыва частиц натирающего антифрикционного материала с поверхности инструмента, при этом увеличивается скорость внедрения плакирующего слоя в обрабатываемую поверхность, что позволяет повысить производительность и качество процесса. Кроме того ультразвуковые колебания дополнительно разрушают окисную пленку поверхностного слоя детали и создают благоприятные сжимающие напряжения в зоне контакта с поверхностью, что способствует более эффективному заполнению легирующим материалом микровпадин исходной поверхности изделия, обеспечивая более качественный микрорельеф поверхностного слоя детали, равномерную толщину плакирующего антифрикционного покрытия на изделии, а также сокращение электрических потерь за счет улучшения контакта между легирующим электрод-инструментом и деталью.Carbide (reinforcing) 2 and alloying (rubbing) 3 tools are pressed against a rotating part 1 with forces P 1 and P 2 . The rubbing tool is located above the axis of rotation at a height of H and ultrasonic vibrations are applied to it, after which an electric current is passed through the working circuit. An additional superposition of ultrasonic vibrations on the rubbing electrode-tool provides a reduction in the saturation time of the treated surface layer with alloying elements due to an increase in the energy of separation of particles of the rubbing antifriction material from the surface of the tool, while the rate of incorporation of the clad layer into the treated surface increases, which improves the productivity and quality of the process. In addition, ultrasonic vibrations additionally destroy the oxide film of the surface layer of the part and create favorable compressive stresses in the zone of contact with the surface, which contributes to more efficient filling of the microdroplets of the initial surface of the product with alloying material, providing a better microrelief of the surface layer of the part, uniform thickness of the clad antifriction coating on the product, as well as reducing electrical losses by improving the contact between the alloying electrode tool cop and detail.

Расположение легирующего инструмента выше оси вращения детали на величину h, которое зависит от размеров детали и легирующего прутка, способствует более лучшему отделению легирующего материала от электрод-инструмента за счет улучшения использования энергии сдвига при ультразвуковых колебаниях.The location of the alloying tool above the axis of rotation of the part by h, which depends on the dimensions of the part and the alloying rod, contributes to a better separation of the alloying material from the electrode tool due to improved use of shear energy during ultrasonic vibrations.

Оптимальность указанных режимов фрикционно-электромеханической обработки определяется необходимым для легирования временем взаимодействия легирующих элементов с обрабатываемой поверхностью для получения требуемой концентрации легирующих элементов и проникновением этих элементов на нужную глубину с высокой скоростью, и упрочнением натираемой поверхности с созданием необходимых напряжений сжатия.The optimality of these modes of friction-electromechanical processing is determined by the time required for alloying the interaction of alloying elements with the surface to be alloyed to obtain the required concentration of alloying elements and the penetration of these elements to the desired depth with high speed, and hardening of the rubbed surface with the creation of the necessary compression stresses.

При частоте ультразвуковых колебаний менее 10-15 кГц и амплитуде менее 30-40 мкм степень деформации недостаточна для эффективного проникновения легирующего материала в микронеровности, что уменьшает толщину наносимой сервовидной пленки. Увеличение указанных параметров приводит к выгоранию легирующих элементов вследствие возникновения искр от прохождения тока между натирающим инструментом и поверхностью детали.When the frequency of ultrasonic vibrations is less than 10-15 kHz and the amplitude is less than 30-40 microns, the degree of deformation is insufficient for the effective penetration of the alloying material into microroughness, which reduces the thickness of the applied servo-like film. An increase in these parameters leads to burnout of the alloying elements due to the occurrence of sparks from the passage of current between the rubbing tool and the surface of the part.

Уменьшение плотности тока на упрочняющем электрод-инструменте при указанных соотношениях остальных параметров не позволяет изменять структуру железоуглеродистой поверхности на необходимую глубину. Повышение плотности тока более 250 А/мм2 приводит к оплавлению поверхности, что снижает качество поверхности и ее износостойкость.A decrease in the current density on the hardening electrode tool with the indicated ratios of the remaining parameters does not allow changing the structure of the iron-carbon surface to the required depth. Increasing the current density of more than 250 A / mm 2 leads to surface melting, which reduces the surface quality and its wear resistance.

Увеличение скорости обработки более 0,4 м/с сокращает время взаимодействия электрод-инструментов с поверхностью детали, что приводит к уменьшению толщины натираемого слоя и к снижению глубины упрочненной зоны. Уменьшение скорости обработки менее 0,3 м/с увеличивает время взаимодействия инструментов с поверхностью деталей, что приводит к перегреву и оплавлению упрочняемой поверхности, снижает производительность обработки.An increase in the processing speed of more than 0.4 m / s reduces the time of interaction of the electrode tools with the surface of the part, which leads to a decrease in the thickness of the rubbed layer and to a decrease in the depth of the hardened zone. A decrease in the processing speed of less than 0.3 m / s increases the interaction time of the tools with the surface of the parts, which leads to overheating and melting of the hardened surface, and reduces processing productivity.

Таким образом при обработке рабочих поверхностей стальных и чугунных изделий по предлагаемому способу повышается производительность процесса, создается качественный стабильный модифицированный микрорельеф - упрочненная электромеханическим способом структура с высокой микротвердостью и участками с нанесенным антифрикционным покрытием, способствующие повышению износостойкости поверхностей и увеличению нагрузки на трущиеся детали.Thus, when processing the working surfaces of steel and cast iron products by the proposed method, the process productivity is increased, a high-quality stable modified microrelief is created - an electromechanically hardened structure with high microhardness and areas with an antifriction coating, which increase the wear resistance of surfaces and increase the load on friction parts.

Claims (1)

Способ поверхностной обработки стальных и чугунных изделий, включающий натирание поверхностного рабочего слоя электрод-инструментом из меди или ее сплавов и его последующее электромеханическое упрочнение твердосплавным электрод-инструментом с образованием инструментами и деталью общей рабочей электрической цепи, отличающийся тем, что натирание осуществляют до слоя толщиной 50 мкм электрод-инструментом, расположенным выше оси вращения детали с одновременным наложением на него ультразвуковых колебаний частотой 10-15 кГц и амплитудой 30-40 мкм, а электромеханическое упрочнение осуществляют со скоростью 0,3-0,4 м/с и плотностью тока 150-250 А/мм2. The method of surface treatment of steel and cast iron products, including rubbing the surface of the working layer with an electrode tool of copper or its alloys and its subsequent electromechanical hardening with a carbide electrode tool with the formation of tools and a part of a common working electrical circuit, characterized in that the rubbing is carried out to a layer thickness of 50 μm electrode-tool located above the axis of rotation of the part with the simultaneous superposition of ultrasonic vibrations on it with a frequency of 10-15 kHz and an amplitude of 30 -40 microns, and electromechanical hardening is carried out at a speed of 0.3-0.4 m / s and a current density of 150-250 A / mm 2 .
RU2005137433/02A 2005-12-01 2005-12-01 Method of steel and cast iron products surface treatment RU2364662C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005137433/02A RU2364662C2 (en) 2005-12-01 2005-12-01 Method of steel and cast iron products surface treatment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005137433/02A RU2364662C2 (en) 2005-12-01 2005-12-01 Method of steel and cast iron products surface treatment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005137433A RU2005137433A (en) 2007-06-20
RU2364662C2 true RU2364662C2 (en) 2009-08-20

Family

ID=38313785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005137433/02A RU2364662C2 (en) 2005-12-01 2005-12-01 Method of steel and cast iron products surface treatment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2364662C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2581955C1 (en) * 2014-11-24 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for combined surface hardening of parts
RU2727395C1 (en) * 2019-12-16 2020-07-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" Electromechanical mandrelling method
RU2727396C1 (en) * 2019-12-16 2020-07-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" Electromechanical mandrelling method
RU2728131C1 (en) * 2019-12-16 2020-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" Electromechanical mandrelling method
RU2728104C1 (en) * 2019-12-16 2020-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" Electromechanical mandrelling method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1764968A1 (en) * 1989-11-15 1992-09-30 Харьковский Институт Механизации И Электрификации Сельского Хозяйства Process of restoring cylindrical long parts
RU2008366C1 (en) * 1990-02-26 1994-02-28 Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе Method for friction working steel articles
RU2095225C1 (en) * 1995-08-08 1997-11-10 Омский государственный технический университет Method of forming surface layer of part
RU2193606C2 (en) * 2000-06-02 2002-11-27 Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия Method of treatment of steel and cast-iron surfaces of articles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1764968A1 (en) * 1989-11-15 1992-09-30 Харьковский Институт Механизации И Электрификации Сельского Хозяйства Process of restoring cylindrical long parts
RU2008366C1 (en) * 1990-02-26 1994-02-28 Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе Method for friction working steel articles
RU2095225C1 (en) * 1995-08-08 1997-11-10 Омский государственный технический университет Method of forming surface layer of part
RU2193606C2 (en) * 2000-06-02 2002-11-27 Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия Method of treatment of steel and cast-iron surfaces of articles

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2581955C1 (en) * 2014-11-24 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for combined surface hardening of parts
RU2727395C1 (en) * 2019-12-16 2020-07-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" Electromechanical mandrelling method
RU2727396C1 (en) * 2019-12-16 2020-07-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" Electromechanical mandrelling method
RU2728131C1 (en) * 2019-12-16 2020-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" Electromechanical mandrelling method
RU2728104C1 (en) * 2019-12-16 2020-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" Electromechanical mandrelling method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005137433A (en) 2007-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6222150B1 (en) Joined metal member and a method and an apparatus for fabricating the same
Nemat et al. An investigation of the surface topography of ball burnished mild steel and aluminium
US7225969B2 (en) Friction stir processing for surface properties
JP3181287B2 (en) Metal surface processing method
RU2364662C2 (en) Method of steel and cast iron products surface treatment
CN212286309U (en) A microtextured self-lubricating ball joint with ceramic coating
RU2350440C2 (en) Method of production of parts with key slot
RU2101145C1 (en) Method of electric-spark alloying and device intended for its realization
RU2528070C2 (en) Perfection of conformability of friction pair "bearing insert - shaft journal"
RU2157860C2 (en) Method of friction-mechanical application of antifriction coating
RU2385213C1 (en) Method to dress outer cylindrical surfaces
CN109304586A (en) A kind of strengthening process of tungsten alloy
CN115747812A (en) Surface treatment method for enhancing surface friction and thermal fatigue performance of die steel
RU2203173C2 (en) Method for combination strengthening of part surface
RU2193606C2 (en) Method of treatment of steel and cast-iron surfaces of articles
CN116200581B (en) Surface strengthening method for bearing steel and bearing steel
EP0120748A1 (en) High-resistance rod and its production method
RU2556897C1 (en) Surface hardening by cutting-forming tool
JPH0575560B2 (en)
SU952975A1 (en) Method for surface hardening of products
Marinin et al. The capability of pulsed laser radiation for cutting band saws hardening
RU77197U1 (en) ELECTRIC SPARK PROCESSING DEVICE
RU2197557C2 (en) Method of surface treatment of low-carbon steel
JPS6021385A (en) Die steel
RU2339499C2 (en) Method of regular microrelief formation on surface of stocks by means of surface plastic forming

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20070723

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20071120

FA94 Acknowledgement of application withdrawn (non-payment of fees)

Effective date: 20090330

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20090406

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091202