[go: up one dir, main page]

RU2732843C1 - Способ электроискрового легирования поверхности металлических изделий - Google Patents

Способ электроискрового легирования поверхности металлических изделий Download PDF

Info

Publication number
RU2732843C1
RU2732843C1 RU2019116044A RU2019116044A RU2732843C1 RU 2732843 C1 RU2732843 C1 RU 2732843C1 RU 2019116044 A RU2019116044 A RU 2019116044A RU 2019116044 A RU2019116044 A RU 2019116044A RU 2732843 C1 RU2732843 C1 RU 2732843C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloying
hardening
coating
electrode
layer
Prior art date
Application number
RU2019116044A
Other languages
English (en)
Inventor
Павел Георгиевич Овчаренко
Андрей Юрьевич Лещев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
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 бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2019116044A priority Critical patent/RU2732843C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2732843C1 publication Critical patent/RU2732843C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/04Treating surfaces of rolls
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам формирования покрытий на металлических материалах методами электроискрового легирования. На поверхность обрабатываемого изделия перед проведением процесса упрочнения наносят легирующее покрытие в виде пасты или краски слоем с толщиной не более 2 мм. Упрочнение проводят упрочняющим электродом в виде ролика путем обкатки его по легирующему покрытию возвратно-поступательным движением с амплитудой, обеспечивающей получение равномерного легированного слоя. Обеспечивается повышение качества покрытия за счет формирования равномерного покрытия необходимого состава и комплекса физико-механических характеристик. 9 з.п. ф-лы, 5 пр., 2 ил.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам формирования покрытий на металлических материалах методами электроискрового легирования.
Из уровня техники известен способ электроискрового легирования деталей в котором в качестве упрочняющего электрода (электрод - анода) применяют графитовые ЭГ-2, феррохромовые, металлокерамические ВК6, ВК8 электроды (Иванов Г.П. Технология электроискрового упрочнения инструментов и деталей машин. 2-е изд., исправленное и дополненное. М.: МАШГИЗ, 1963. - 304 с.). Недостатком данного способа является зависимость параметров (структура, состав, свойства) легированного слоя от материала упрочняющего электрода.
Из уровня техники известен способ нанесения износостойких покрытий на поверхность деталей из титана или титанового сплава, включающий нанесение на поверхность обрабатываемой детали слоя порошкообразного графита фрикционным намазыванием и последующее проведение электроискрового легирования (Бойцов А.Г. и др. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами. М.: Машиностроение, 1991). Недостатком данного способа является получение в упрочненном слое обработанных изделий преимущественно карбидных составляющих титана без возможности легирования другими компонентами, что снижает область применения способа.
Наиболее близким по технической сущности является способ формирования износостойкого слоя на поверхности деталей из титана или титанового сплава, включающий нанесение на поверхность обрабатываемой детали слоя материала на основе углерода в виде краски или пасты с последующим проведением процесса электроискрового легирования (Патент РФ №2621750, 07.06.2017). Недостатком прототипа является использование в качестве упрочняемого материала титана и сплавов на его основе, что сужает область применения способа. Также в качестве легирующего покрытия способ предусматривает предварительное нанесение материалов на основе углерода, что не позволяет формировать в материале бориды, силициды, интерметаллиды и другие составляющие, обеспечивающие получение комплекса улучшенных эксплуатационных характеристик обработанного материала.
Все это снижает универсальность и область применения способа.
Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу. Повышение универсальности способа выражается в применении легирующих покрытий различного состава (металлические, смеси металлических и неметаллических компонентов, ферросплавы), которые в ходе электроискрового легирования взаимодействуют между упрочняющим электродом и обрабатываемой поверхностью детали, а также между собой в случае применения смесевых составов, формируя легированный слой, состав которого можно регулировать в зависимость от материала легирующего покрытия и упрочняющего электрода, обеспечивая получение требуемого комплекса эксплуатационных характеристик обработанного материала. Использование роликового упрочняющего электрода и его обкатку по легирующему покрытию позволяет автоматизировать процесс обработки, а регулируя толщину легирующего покрытия, применять оптимальные режимы процесса и составы покрытий для легирования поверхности. Также настоящий способ, наряду с упрочнением титана и материалов на его основе, может быть реализован для электроискрового легирования поверхности металлических изделий из железоуглеродистых сплавов.
Способ осуществляется следующим образом.
На поверхность изделия перед обработкой предварительно наносят слой легирующего покрытия в виде краски или пасты толщиной не более 2 мм, которое представляет собой смесь порошкообразных компонентов с клеевым связующим, обеспечивающим адгезию покрытия с поверхностью обрабатываемого материала. Краска содержит по сравнению с пастой большее количество клеевого связующего и позволяет наносить легирующее покрытие более тонким слоем. Минимальная толщина слоя легирующего покрытия определяется размером его порошкообразных компонентов. Толщина покрытия свыше 2 мм не позволяет получить качественный легированный слой, поскольку в процессе обработки искровой разряд не всегда пробивает покрытие, что делает упрочненный слой неоднородным по составу и высоте. Для достижения требуемого технического результата способ допускает применение в качестве порошкообразной составляющей легирующих покрытий металлических, ферросплавных, бор-, углерод- и кремнийсодержащих материалов, а также их смесей в различных сочетаниях. Использование легирующих покрытий на основе металлов и ферросплавов позволяет дополнительно, наряду с карбидными и нитридными составляющими, легировать поверхность интерметаллидами, образующимися в ходе обработки. Применение бор-, углерод- и кремнийсодержащих покрытий обеспечивает формирование боридов, карбидов и силицидов. Использование смеси металлических и ферросплавных порошков с бор-, углерод- и кремнийсодержащими материалами позволяет дополнительно в ходе обработки проводить самораспространяющийся высокотемпературный синтез, инициируемый искровым разрядом, что обеспечивает дополнительное легирование поверхности металлических материалов боридными, карбидными, силицидными составляющими. Также в ходе синтеза выделяется энергия, что позволяет компенсировать тепловые потери и обеспечить прочную адгезию легированного слоя к основному (упрочняемому) металлическому материалу.
Для формирования в легированном слое карбидов способ предусматривает использование упрочняющего электрода (электрод - анода) из материалов на основе графита. Применение упрочняющего электрода из металлических материалов, например из меди, титана, железоуглеродистых сплавов, позволяет получать в легированном слое интерметаллиды. Для получения легированного слоя, содержащего карбиды вольфрама, способ допускает использовать в качестве упрочняющего электрода металлокерамические материалы.
После нанесения на поверхность обрабатываемого материала легирующих покрытий проводят процесс электроискрового легирования. На фиг. 1 показана схема реализации способа: упрочняющий электрод - 1, выполненный в виде ролика обкатывают по легирующему покрытию - 2, предварительно нанесенному на поверхность обрабатываемого изделия - 3. Под роликом понимается цилиндрическое тело, вращающееся на валу, который проходит через его центр. Для повышения плотности энергии электроискрового разряда в зоне контакта упрочняющего электрода и легирующего покрытия в ходе обработки, способ допускает изготавливать ролики, имеющие контактную поверхность различной конфигурации. На фиг. 2 представлены несколько возможных вариантов профиля поверхности упрочняющего электрода: эллиптическая - 4, коническая - 5, трапециевидная - 6. Применение обкатки позволяет обеспечить локальный контакт электрода с упрочняемым материалом через легирующее покрытие без разрушения (отслаивания) последнего, что способствует получению равномерного легированного слоя на поверхности металлического материала. Для предотвращения залипания упрочняющего электрода к поверхности обрабатываемого материала способ допускает приложение вибрационного воздействия на ролик. Приложение вибрации допускается осуществлять любыми доступными способами - механическим (через эксцентриковый механизм), электромагнитным (при помощи электрической катушки) и др. Для формирования более однородного по структуре и составу легированного слоя способ предусматривает обкатку упрочняющего электрода по легирующему покрытию возвратно-поступательными движениями с различной амплитудой. Амплитуда подбирается опытным путем для конкретного состава легирующего покрытия и упрочняющего электрода с целью получения более качественного легированного слоя на поверхности металлических материалов. Способ может быть реализован для легирования поверхности токопроводящих материалов на основе металлов и сплавов.
Примеры конкретного исполнения
1. В качестве легирующего покрытия применяли элементарный углерод (сажу), которое в виде краски наносили на поверхность образца из титанового сплава марки ВТ1-0, слоем ~0,2 мм. Применяемый упрочняющий электрод - ролик из меди. После проведения процесса электроискрового легирования обработанная поверхность содержала карбиды (TiC, TiC0.95), карбонитриды (Ti(CN), Ti2(CN)), нитрид (TiN) титана и медь в виде отдельных включений.
2. То же, что в примере 1, только в качестве легирующего покрытия использовали ферробор ФБ 17 (17% В), а в качестве упрочняющего электрода - графитовый ролик. Обработанная поверхность содержала наряду с карбидами, карбонитридами и нитридом титана, также бориды титана (ТiBr2) и железа (Fe2B) и карбид железа (Fe3С).
3. В качестве легирующего покрытия применяли смесь порошкообразных хрома и ферробора ФБ 17, которые в виде пасты наносили на поверхность образца из стали 45, слоем ~0,6 мм. Электроискровую обработку проводили роликом из стали 40X13. Поверхность образца после упрочнения содержала бориды хрома (CrB, CrB2), железа (Fe2B) и нитрид хрома (CrN).
4. То же, что в примере 3, только в качестве упрочняющего электрода использовали ролик из спеченного металлокерамического материала ВК 20. легированный слой после обработки дополнительно содержал карбиды вольфрама (WC, W2C).
5. Легирующее покрытие, состоящее из ферротитана ФТ 70 (70% Ti) и клеевого связующего, в виде краски наносили на поверхность образца из стали 45, слоем ~0,4 мм, электроискровое легирование проводили графитовым роликом. Обработанная поверхность содержала карбиды титана, железа, карбонитриды и нитрид титана и интерметаллид Fe2Ti.

Claims (10)

1. Способ получения упрочненного слоя на поверхности металлических изделий методом электроискрового легирования, включающий проведение процесса упрочнения поверхности изделия упрочняющим электродом при искровом разряде, отличающийся тем, что на поверхность металлического изделия перед проведением процесса упрочнения наносят легирующее покрытие в виде пасты или краски слоем толщиной не более 2 мм, а процесс упрочнения проводят упрочняющим электродом, выполненным в виде ролика, путем обкатки его по легирующему покрытию возвратно-поступательным движением с амплитудой, обеспечивающей получение равномерного легированного слоя.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упрочняющий электрод дополнительно подвергают вибрационному воздействию.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поверхность ролика, контактирующая с легирующим покрытием в ходе искровой обработки, может иметь различную форму.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что упрочняющий электрод выполнен из материала на основе углерода.
5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что упрочняющий электрод выполнен из металлокерамических материалов.
6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что упрочняющий электрод выполнен из металлических материалов.
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что в качестве легирующего покрытия используют металлические порошки или их смеси.
8. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что в качестве легирующего покрытия используют порошки ферросплавов или их смеси.
9. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что в качестве легирующего покрытия применяют бор-, углерод- и кремнийсодержащие порошки или их смеси.
10. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что в качестве легирующего покрытия используют смеси металлических, ферросплавных, бор-, углерод- и кремнийсодержащих порошков в различных сочетаниях.
RU2019116044A 2019-05-24 2019-05-24 Способ электроискрового легирования поверхности металлических изделий RU2732843C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116044A RU2732843C1 (ru) 2019-05-24 2019-05-24 Способ электроискрового легирования поверхности металлических изделий

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116044A RU2732843C1 (ru) 2019-05-24 2019-05-24 Способ электроискрового легирования поверхности металлических изделий

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732843C1 true RU2732843C1 (ru) 2020-09-23

Family

ID=72922474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019116044A RU2732843C1 (ru) 2019-05-24 2019-05-24 Способ электроискрового легирования поверхности металлических изделий

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732843C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2175594C1 (ru) * 2000-05-12 2001-11-10 Открытое акционерное общество "ГАЗ" Способ электроискрового легирования и устройство для его осуществления
CN100408241C (zh) * 2005-12-21 2008-08-06 湖南大学 金属结合剂超硬磨料砂轮的电火花-机械复合整形方法
US20160017450A1 (en) * 2012-02-15 2016-01-21 Longevity Engineering Sa Localized hardening of metallic surfaces
RU2621750C2 (ru) * 2015-09-01 2017-06-07 Павел Георгиевич Овчаренко Способ формирования износостойкого слоя на поверхности детали из титана или титанового сплава
RU2686422C1 (ru) * 2018-01-19 2019-04-25 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Способ обработки поверхности детали

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2175594C1 (ru) * 2000-05-12 2001-11-10 Открытое акционерное общество "ГАЗ" Способ электроискрового легирования и устройство для его осуществления
CN100408241C (zh) * 2005-12-21 2008-08-06 湖南大学 金属结合剂超硬磨料砂轮的电火花-机械复合整形方法
US20160017450A1 (en) * 2012-02-15 2016-01-21 Longevity Engineering Sa Localized hardening of metallic surfaces
RU2621750C2 (ru) * 2015-09-01 2017-06-07 Павел Георгиевич Овчаренко Способ формирования износостойкого слоя на поверхности детали из титана или титанового сплава
RU2686422C1 (ru) * 2018-01-19 2019-04-25 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Способ обработки поверхности детали

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103290406B (zh) 激光熔覆原位合成陶瓷相增强Fe基熔覆层及其制备方法
Liu et al. Novel method to fabricate Ti–Al intermetallic compound coatings on Ti–6Al–4V alloy by combined ultrasonic impact treatment and electrospark deposition
CN107699843A (zh) 一种制备高非晶含量涂层用的粉芯丝材及其制备方法和应用
CA2494366A1 (en) Electrode for electric discharge surface treatment, method of electric discharge surface treatment, and apparatus for electric discharge surface treatment
CN103911560A (zh) 一种电弧喷涂碳氮合金化耐高温磨损涂层及其制备方法
Paustovskii et al. Optimization of the composition, structure, and properties of electrode materials and electrospark coatings for strengthening and reconditioningof metal surfaces
CN111041398A (zh) 一种利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法
RU2732843C1 (ru) Способ электроискрового легирования поверхности металлических изделий
CN106624426B (zh) 一种耐磨损涂层用自反应药芯焊丝及其制备和应用
CN115287573B (zh) 铁基含Al2O3/B4C复合陶瓷的高速电弧喷涂粉芯丝材及涂层的制备方法
Mashkov et al. Nanostructured coatings synthesized by electro-spark machining
Shanmugaelango et al. Parametric study on electrical discharge coating of 7075 aluminium with WS2/Cu electrode
CN103590034B (zh) 中镍铬无限冷硬铸铁轧辊激光表面合金化的合金粉末及合金化处理工艺
JP3627088B2 (ja) 放電表面処理方法およびその方法により形成される被処理体
CN100427636C (zh) 铁基含TiC陶瓷的耐磨电弧喷涂粉芯丝材
Kumari et al. Deposition of TiC-Cu composite coating on AISI 304 stainless steel by EDC process using powder compact tool electrode
EP2414106B1 (en) Chromium-free metallic coating, method of forming thereof and composite wire
RU2819042C1 (ru) Способ формирования в легированном слое боридов титана при лазерной обработке поверхности изделий из титана или сплавов на его основе
CN113857719A (zh) 一种挤压辊表面耐磨堆焊用药芯焊丝
RU2621750C2 (ru) Способ формирования износостойкого слоя на поверхности детали из титана или титанового сплава
RU2802616C1 (ru) Способ получения бронзовых электродов для процессов электроискрового легирования
RU2819010C1 (ru) Способ легирования поверхности изделий из титана или сплавов на его основе с формированием боридных составляющих хрома и титана методом лазерной обработки
RU2497641C1 (ru) Способ получения металлического покрытия на режущих кромках почвообрабатывающей техники
RU2819007C1 (ru) Способ формирования боридных составляющих титана на поверхности изделий из железоуглеродистых сплавов при лазерной обработке
Kumari Study of TiC coating on different type steel by electro discharge coating