Спосіб сульфідування поверхні сталевих і чавунних деталей методом електроерозійного легування

Реферат: Спосіб сульфідування поверхні сталевих і чавунних деталей методом електроерозійного легування (ЕЕЛ) електродом містить сірку. При виготовленні електрода на поверхні його заготовки з металу або сплаву формують заглиблення, які заповнюють консистентною речовиною, що містить сірку, а потім проводять ЕЕЛ поверхні, не чекаючи висихання консистентної речовини. UA 115059 U (12) UA 115059 U UA 115059 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електрофізичної та електрохімічної обробки, зокрема до електроерозійного легування (ЕЕЛ), і може бути використана для обробки поверхонь термооброблених деталей. Відомо спосіб насичення поверхні сталевих і чавунних деталей сіркою (сульфідування), який являє собою термохімічний процес обробки виробів, виготовлених із сплавів на залізній основі, для збагачення поверхневих шарів сіркою. Ефект сульфідування зводиться до створення на поверхні деталі плівки сульфідів. Останні підвищують поверхневу активність металів і сплавів, а також забезпечують змочування поверхні поверхнево активними речовинами і її опір схоплюванню. Сульфідна плівка, що має меншу міцність, ніж основний метал, легко руйнується при терті і відділяється від основи без пластичного деформування, запобігаючи схоплюванню поверхонь тертя. Плівка сульфіду заліза (FeS) підвищує зносостійкість поверхонь тертя і покращує їх припрацьовуваність. Феросульфідне покриття має досить високу пористість і вбирає велику кількість мастила, надаючи матеріалу властивості самозмащування. [Словарьсправочник по трению, износу и смазке деталей машин / В.Д. Зозуля, Е.Л. Шведков, Д.Я. Ровинский, Э.Д. Браун; Отв. Ред. И.М. Федорченко. АН УССР. Ин-т проблем материаловедения. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук, думка, 1990. - С. 203]. Традиційно спосіб сульфідування полягає в насиченні поверхневого шару металу (сталі, чавуну, сплавів титану і ін.) сіркою у відповідних соляних ваннах. Глибина сульфідованого шару досягає 50 мкм. Сульфідування може бути низько -, середньо-і високотемпературним (при 150…450; 540…580; 850…950 °C, відповідно). Шорсткість поверхонь, які пройшли сульфідування, трохи вища за вихідну, при цьому незначно збільшуються і розміри деталей. [Денисова Н.Е., Шорин В.А., Гонтарь И.Н., Волчихина Н.И., Шорина Н.С. Триботехническое материаловедение и триботехнология: учеб. Пособие / Под общей редакцией Н.Е. Денисовой. Пенза: Изд-во Пенза гос. ун-та, 2006. - С. 178, 179]. Слід зазначити, що до недоліків традиційного способу сульфідування, крім збільшення шорсткості поверхні і розмірів деталі, слід віднести: - нагрівання всієї деталі, а відповідно і структурні зміни металу; - повідки і викривлення; - тривалість процесу до трьох і більше годин; - велика витрата електроенергії; - негативний вплив на екологію та ін. Відомо спосіб, коли сірку вводять в поверхню виробу способом електроіскрового легування (ЕІЛ) (те ж, що і ЕЕЛ). Для введення сірки її наносять на поверхню у вигляді порошкоподібного шару, виконують так зване "опудрювання" поверхні і через цей шар проводять легування матеріалами деталі або покриття. У процесі обробки нанесення порошкоподібної сірки повторюють 2-3 рази [Назаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей. - М. Машиностроение, 1976. - С. 27]. Однак даний спосіб не приводить до бажаного результату. Особливості формування властивостей і структури поверхневого шару визначаються сутністю ЕЕЛ, яка полягає в тому, що матеріал у пароподібному та рідкокапельному стані, викинутий із анода у вигляді пучка, що розширюється, потрапляє до між електродного простору, розігрітого надійшовши електричним імпульсом до температури, при якій можливе існування речовини в іонізованому стані. Ці частинки б'ються об поверхню катода (деталі), також локально розігріту електричним імпульсом, та вступають з нею у взаємодію, утворюючи сплави, тверді розчини або механічну суміш. Матеріал мікрованни, що утворилася на катоді, та частинки анода, що надходять, починають взаємодіяти між собою і з елементами газоподібного середовища, що оточує електроди. Сірка не є електропровідним порошком, і для здійснення процесу ЕЕЛ (контакту легуючого електрода з легованою поверхнею) її необхідно відсунути легуючим електродом убік. При цьому попадання сірки в зону рідкої фази матеріалів електродів і утворення хімічних сполук у значній мірі ускладнено, а якщо і відбувається, то на окремих розрізнених ділянках. Суцільність на поверхні плівки сульфідів низька. Відомо спосіб ЕІЛ сірчистим залізом сталей 45, Х12Ф, сірого і перлітного ковкого чавуну, який дозволив сформувати на оброблюваній поверхні шар, збагачений сіркою товщиною 40-50 мкм. В результаті, значно зменшилася схильність сірого чавуну до утворення задирів при сухому терті, зменшився знос у 8-10 разів, а стійкість волочильних матриць збільшилася в 3,5 рази [Электроискровое легирование металлических поверхностей / А.Е. Гитлевич, В.В. Михайлов, Н.Я. Парканский, В.М. Ревутский - Кишинев: Штинца, 1985. - С. 145]. Для здійснення даного способу електроди виготовляють з сірчистого заліза за такою технологією. Залізний порошок марки AM, попередньо розкислений в атмосфері водню при 1100-11500С, змішують з технічною сіркою в кульовому млині протягом 1 год. Співвідношення 1 UA 115059 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 змішуваних матеріалів (у вагових відсотках): залізного порошку - 61 і сірки - 39. Після вивантаження з кульового млина суміш залізного порошку і сірки нагрівають під витяжкою у відкритому тиглі до тих пір, поки повністю не відбувається реакція утворення сірчистого заліза. Отримане сірчисте залізо, яке представляє собою пухку масу, подрібнюють, а потім розплавляють у селітовій або газовій печі. З розплавленого сірчистого заліза відливають електроди. Заливку здійснюють при 1100-1150 °C в ретельно висушені земляні форми з хорошим газопроникненням. Після охолодження і очищення від пригару електроди готові до застосування [А.Г. Щербинский. Способ насыщения поверхностей металла серой. АС № 139336. - Опубл. в бюллетене изобретений № 13 за 1961 г. - С. 2, 3], (прототип). Незважаючи на надані вище позитивні результати, спосіб сульфідування із застосуванням як електродів ЕЕЛ сірчистого заліза має ряд недоліків: - обмежене застосування при ЕЕЛ сталевих (залізних) електродів з нелегованих сталей; - електроди з нелегованих сталей в процесі ЕЕЛ нагріваються, окислюються і руйнуються, що негативно впливає на якість сформованого покриття (висока шорсткість, низька суцільність, прижоги, приварювання окремих дрібних частинок із зруйнованого анода); - електроди не застосовуються в механізованих установках через вигоряння; - зазначений спосіб виготовлення і спікання електродів є дорогим, трудомістким і екологічно шкідливим. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб, підвищивши якість покриття, зробити його дешевшим, достатньо простим і екологічно безпечним. Поставлена задача вирішується тим, що у способі сульфідування поверхні сталевих і чавунних деталей методом електроерозійного легування (ЕЕЛ) електродом, що містить сірку, згідно з корисною моделлю, при виготовленні електрода на поверхні його заготовки з металу або сплаву формують заглиблення, які заповнюють консистентною речовиною, що містить сірку, а потім проводять ЕЕЛ поверхні, не чекаючи висихання консистентної речовини. Як консистентну речовину застосовують сірчану пасту і/або сірчану мазь. Кількість сірки можна збільшувати додаванням колоїдної сірки. Насичення сіркою із застосуванням ЕЕЛ здійснюють при енергії розряду від Wp=0,02 Дж до Wp=1,70 Дж. Після насичення сіркою методом ЕЕЛ з енергією розряду Wp