Електродний матеріал на основі карбіду вольфраму

Розроблений електродний матеріал призначений для електроіскрового зміцнення робочих поверхонь деталей машин та інструментів, може знайти застосування в різних галузях машинобудування. Найбільш розповсюдженими електродними матеріалами для електроіскрового нанесення твердих зносостійких покриттів є матеріали на основі карбіду вольфраму – ВК3, Т15К6 (ГОСТ 3887-74). Після нанесення такими матеріалами покриття на сталі при "м’якому" режимі (енергія імпульсу до 1Дж), в ньому рентгенофазовим аналізом виявляються фази: WC, W2C, Fe. Тобто відбувається термічна дисоціація карбіду WC. На "гр убих" режимах (Е>1Дж) дисоціація зростає - кількість карбіду WC зменшується і з'являється карбід Fe3W3C. Залізо в покритті з’являється внаслідок кавітаційного перемішування з оплавленою поверхнею деталі. Кобальту, який служить зв’язуючим в електродному матеріалі, не виявлено - він розчиняється в більшій кількості заліза. Термічна дисоціація карбіду призводить до зниження твердості утворюваного покриття. Такі покриття мають невелику товщину. Найбільш близьким аналогом є матеріал Т15К6У (ТУЗ 61-21-88). Цей матеріал містить вільний вуглець, наявність якого приводить до зменшення термічної дисоціації карбіду WC. Цей карбід має на порядок більшу ударну в’язкість ніж W2C (менше боїться ударних навантажень при розряді) і має менший коефіцієнт термічного розширення (утворюються менші термічні напруження в покритті). Тому такий матеріал дає більше перенесення на зміцнювану поверхню. Але товщина і твердість покриття все ж таки потребує збільшення. Задачею винаходу "Електродний матеріал на основі карбіду вольфраму" є збільшення товщини електроіскрового покриття і його твердості. Суть винаходу полягає в тому, що в електродний матеріал на основі карбіду вольфраму, який містить кобальт і вільний вуглець, вводиться хром. Твердосплавне електроіскрове покриття являє собою композит з кількох карбідів, зв’язуючим в якому служить залізо з матеріалу деталі, на яку наносилось покриття при наявності в ньому С, W, Co, тобто швидкоріжуча сталь. Для зміцнення швидкоріжучих сталей шляхом утворення в їх структурі дисперсного карбіду хрому, в них добавляють близько 4% хрому. З цією метою в електродний матеріал була введена добавка хрому. Виготовлення електродного матеріалу проводилось методом порошкової металургії. Розмол-змішування суміші проводили в планетарному млині в середовищі спирту-ректифікату при масовому співвідношенні порошок: твердосплавні кульки: спирт=2:6:1. Час подрібнення - 1800с. Основна частина розмеленого порошку складає 13мкм. Розмелені суміші сушили в сушильній шафі та перемішували з 5% розчином синтетичного каучук у в бензині (0,2-0,3кг на 1кг шихти). Отримані суміші сушили у ви тяжній шафі і протирали на ситі 045. Заготовки розміром 4х4х50мм пресувались на гідравлічному пресі при тиску 100МПа. Пористість заготовок складала 43-45%. Пресовки сушили в сушильній шафі при температурі 150°С протягом 12 годин. Спікання проводили в 2 етапи. Попереднє спікання проводили в муфельній печі в середовищі водню при температурі 800°С протягом 2 годин. Швидкість піднімання температури - 0,06град./с. Зразки розмішувались в металевій лодочці в засипці з прожареного глинозему з 2% добавкою графітової крупки. Остаточне спікання проводили у вакуумній печі при вакуумі 6,66х10-3 Па при температурі 1380-1400°С протягом 0,45 години. При такій температурі спікання зразки мають пористість 5-8%, яка є оптимальною. При меншій пористості, яка отримується при вищій температурі спікання, зростає ерозійна стійкість матеріалу і, відповідно, зменшується перенесення його на катод. При більшій пористості , яка отримується при меншій температурі спікання, ерозійна стійкість зменшується, але перенесення продуктів ерозії на катод не зростає внаслідок того, що в продукта х ерозії збільшується кількість частинок крихкого руйнування розміром 0,1-1мм, які не закріплюються на оброблювальній поверхні. Електроіскрове легування проводилось на 3 режимі установки ЭФИ-46А (енергія імпульсу 0,28Дж). Питомий час обробки складав 1,8 Мс/м Результати легування наведені в таблиці. Таблиця Характеристики електроіскрових покриттів Електродний матеріал Питоме перенесення Товщина покриття, Твердість, ГПа матеріалу, г/м мкм ВКЗ (аналог) 80 20 12,5 Т15К6У (прототип) 130 30 14 WC + 3%Со + 0.4С + 2% Сr 168 35 16 WC + 3%Со + 0.4С + 4% Сr 216 50 18 WC + 3%Со + 0.4С + 6% Сr 180 40 18 Оптимальним вмістом кобальту є 2-6%. Більший вміст недоцільний, так як це найдорожчий компонент сплаву і його великий вміст приводить до зниження твердості. Оптимальний вміст вільного вуглецю - 0,2-0,5 %. При вмісті менше 0,2% зменшується ефект зниження ним термічної дисоціації карбідів. При вмісті більше 0,5% не весь вуглець взаємодіє з карбідоутворюючими елементами. Електроіскрове покриття нанесене розробленим матеріалом має більшу товщин у і твердість в порівняні з прототипом. Оптимальним є сплав з 2-6 % хрому. Виробниче застосування - зміцнення деталей машин та сталевого інструменту для різання металів, дерева, скла, цукрових буряків.