Спосіб насичення поверхні сталевих і чавунних деталей сіркою методом електроерозійного легування

Реферат: Спосіб насичення поверхні сталевих і чавунних деталей сіркою 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 119317 U (12) UA 119317 U UA 119317 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області електрофізичної та електрохімічної обробки, зокрема до електроерозійного легування (ЕЕЛ), і може бути використана для обробки поверхонь термооброблених деталей. Відомий 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. [Словарь-справочник 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 в 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 Пенз. 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; - повідці і викривлення; - тривалість процесу до трьох і більше годин; - велика витрата електроенергії; - негативний вплив на екологію та ін. Відомий 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 призводить до бажаного результату. Особливості формування властивостей і структури поверхневого шару визначаються суттю ЕЕЛ, яка полягає в тому, що матеріал, у пароподібному та рідкокапельному стані викинутий із анода у вигляді пучка, що розширюється, потрапляє до міжелектродного простору, розігрітого надійшовшим 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 частки 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 значною мірою ускладнено, а якщо і відбувається, то на окремих розрізнених ділянках. Суцільність на поверхні плівки сульфідів низька. Відомий 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 задирок при сухому терті, зменшився знос у 8-10 разів, а стійкість волочильних матриць збільшилася в 3,5 разу [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 виготовлялися з сірчистого заліза за такою технологією. Залізний порошок марки AM, попередньо розкислений в атмосфері водню при 1100-1150 °C, змішували з технічною сіркою в кульовому млині протягом 1 год. Співвідношення 1 UA 119317 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 змішуваних матеріалів (у вагових відсотках): залізного порошку - 61 і сірки - 39. Після вивантаження з кульового млина суміш залізного порошку і сірки нагрівали під витяжкою у відкритому тиглі доти, поки повністю не відбувалася реакція утворення сірчистого заліза. Отримане сірчисте залізо, яке являє собою пухку масу, подрібнювали, а потім розплавляли у селітовій або газовій печі. З розплавленого сірчистого заліза відливали електроди. Заливку здійснювали 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, припікання, 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 усунення наведених вище недоліків за рахунок способу насичення сіркою поверхонь сталевих і чавунних деталей електроерозійним легуванням (ЕЕЛ) електродом. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб включає, як і аналог, сірку, в якому, 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, причому, як консистентну речовину застосовують сірчисту пасту і/або сірчисту мазь. Концентрацію сірки можна збільшувати додаванням у пасту і/або мазь колоїдної сірки. При цьому насичення сіркою із застосуванням ЕЕЛ виконують при енергії розряду від Wp=0,02 Дж до Wp=1,70 Дж. Крім того, після насичення сіркою методом ЕЕЛ з енергією розряду Wp1,70 Дж призводить до різкого зниження якості поверхневого шару (шорсткість Ra більше 20 мкм, суцільність менше 80 %). З огляду на те, що метод сульфідування застосовується для усунення схоплювання деталей в парах тертя, то для зниження шорсткості поверхні доцільно застосовувати: - при сульфідуванні з енергією розряду Wp