Спосіб електроіскрового зміцнення поверхні деталі

Реферат: Спосіб електроіскрового зміцнення поверхні деталі включає розміщення катода (деталі) та анода (електрода) у герметичній камері, подачу напруги на анод та підтримання його на відстані від катода, що є достатньою для виникнення іскрового розряду, контроль рівня надлишкового тиску у камері, електроіскрове зміцнення поверхні деталі у вуглецевмісному середовищі, рівень надлишкового тиску якого є вищим за тиск оточуючого середовища. Електроіскрове зміцнення поверхні деталі здійснюють анодом з тугоплавкого металу, отримуючи два шари електроіскрового покриття, між яким наносять шар графіту. UA 91353 U (54) СПОСІБ ЕЛЕКТРОІСКРОВОГО ЗМІЦНЕННЯ ПОВЕРХНІ ДЕТАЛІ UA 91353 U UA 91353 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель до електрофізичних та електрохімічних методів обробки металевих поверхонь та може бути застосована у різних галузях машинобудування для зміцнення поверхонь деталей металами та сплавами. Однією з найбільш важливих проблем технологічного прогресу є необхідність забезпечити відповідність нових властивостей матеріалів умовам їх експлуатації. Частіше всього допустимі умови роботи та ресурс нової техніки визначаються станом поверхні матеріалу, через що розробка нових методів нанесення захисних покриттів є актуальною задачею. Відомий спосіб нанесення зміцнюючого покриття (Патент Російської Федерації № 2484180 МПК С23С 28/00, C25D 5/00 опубл. 10.06.2013, Бюл. № 16), що включає наплавлення шару твердого сплаву на поверхню деталі електроіскровим легуванням з формуванням напиленого шару із карбідів титану і вольфраму з кобальтовою зв'язкою та нанесення на поверхню отриманого покриття додаткового шару з високою теплопровідністю. Недоліком відомого способу є необхідність використання кобальтової зв'язки та нанесення додаткового шару покриття, що значно підвищує трудомісткість процесу формування покриття. Окрім цього спосіб не передбачає нанесення покриття у різних міжелектродних середовищах, окрім повітря. Відомий спосіб електроіскрового зміцнення поверхонь сталевих деталей (Патент Російської Федерації № 2279337 МПК В23Н 9/00, опубл. 10.07.2006, Бюл. № 19), що включає формування покриттів з чергуванням шарів, що наносяться електроіскровим та не електроіскровим способами, причому перший шар наносять способом електроіскрового легування, а другий наносять електродом, матеріал якого з попереднім легованим шаром покриття утворює необмежені тверді розчини заданого складу, після чого поверхню зміцнюють методом електроіскрового легування електродом з формуванням додаткового покриття. Недоліками відомого способу є: неможливість проведення процесу нанесення покриття в різних міжелектродних середовищах, окрім повітря, використання широкої номенклатури металічних матеріалів при нанесенні другого шару покриття. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до способу, що заявляється, є спосіб електроіскрового зміцнення поверхонь деталей (Патент України № 26227 МПК В23Н 9/00, В23Н 5/00, опубл. 10.09.2007, Бюл. № 14), в якому закривають захисним елементом та здійснюють електроіскрове зміцнення поверхонь деталей, які обробляють, причому захисний елемент виконують у вигляді герметичної камери, куди вміщують катод і анод, на який подають напругу та підтримують на певній відстані від катода, достатній для виникнення електроіскрового розряду, контролюють рівень надлишкового тиску у камері, а електроіскрове зміцнення здійснюють у вуглевмісному середовищі, рівень надлишкового тиску якого є вищим за тиск оточуючого середовища. Недоліком відомого способу є те, що він не забезпечує необхідного рівня зміцнення поверхні деталей, які експлуатуються в екстремальних умовах (надвисокі тиски, значні температурні градієнти та ін.). В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб електроіскрового зміцнення поверхні деталі шляхом нанесення двох шарів електроіскрового покриття з тугоплавкого металу та шару з графіту у газовому вуглецевмісному міжелектродному середовищі, за рахунок чого досягається необхідний рівень зміцнення поверхні деталі. Поставлена задача вирішується тим, що в способі електроіскрового зміцнення поверхні деталі, що включає розміщення катода (деталі) та анода (електрода) у герметичній камері, подачу напруги на анод та підтримання його на відстані від катода, що є достатньою для виникнення іскрового розряду, контроль рівня надлишкового тиску у камері, електроіскрове зміцнення поверхні деталі у вуглецевмісному середовищі, рівень надлишкового тиску якого є вищим за тиск оточуючого середовища, згідно з корисною моделлю, електроіскрове зміцнення поверхні деталі здійснюють анодом з тугоплавкого металу, отримуючи два шари електроіскрового покриття, між яким наносять шар графіту. Запропонований спосіб реалізується наступним чином. Катод (деталь), наприклад залізний та анод з тугоплавкого металу, наприклад титановий розміщували у герметичній камері, подавали напругу на анод, наприклад 50 В, та підтримували -4 його на певній відстані від катода, наприклад 10 см, що є достатньою для виникнення електроіскрового розряду, контролювали рівень надлишкового тиску у камері, процес електроіскрового зміцнення здійснювали у середовищі пропан-бутану, рівень надлишкового тиску якого був вищим за тиск оточуючого середовища. Наносили перший шар покриття титановим анодом при енергії одиничного імпульсу 1 Дж, тривалістю 200 мкс, робочому струмі 5 2 А, питомий час легування становив 1 хв./см поверхні катода. Другий шар та третій шари 1 UA 91353 U 5 10 15 20 25 30 покриття наносили графітовим та титановим анодами, відповідно при тих самих параметрах процесу легування. Відомо (Массоперенос и фазообразование в металлах при импульсных воздействиях / В.Μ. Миронов, В.Φ. Мазанко, Д.С. Герцрикен, А.В. Филатов - Самара: Самарский университет, 2001. - 232 с.), що екстремальні умови (надвисокі тиски, значні температурні градієнти та інші), при яких проводиться процес електроіскрового зміцнення призводять до формування зміцненого шару з неоднорідним фазовим складом, що містить велику кількість дефектів. Зміцнений поверхневий шар являє собою пересичений метастабільний твердий розчин матеріалу катода в матеріалі анода з включенням великої кількості частинок інтерметаліду. Підвищення мікротвердості поверхневого шару при електроіскровому зміцненні у вуглецевмісному середовищі пов'язано з дифузією як в матеріал анода, так і у розплавлену частину поверхневого шару на катоді, що сприяє формуванню дрібнодисперсних карбідів матеріалу анода та твердих розчинів проникнення на базі матеріалу катода та анода з наступним утворенням мартенситних або бейнітних структур в процесі над швидкого охолодження. Заявлений спосіб пояснюється графіком, де наведено мікротвердість поверхневої зони заліза після формування одно- (анод - Ті) та тришарового (анод - Ті-С-Ті) електроіскрового покриття. Підвищення мікротвердості поверхневого шару при електроіскровому зміцненні у вуглецевмісному середовищі пов'язано з дифузією вуглецю як в матеріал анода, так і у розплавлену частину поверхневого шару на катоді, що сприяє формуванню дрібнодисперсних карбідів матеріалу анода та твердих розчинів проникнення на базі матеріалу катода та анода. При формуванні тришарових електроіскрових покриттів в середовищі пропан-бутану, на кривій мікротвердості спостерігається максимум мікротвердості 10 ГПа на глибині 40 мкм (див. графік), що може бути обумовлено нерівномірним розподілом дрібнодисперсних карбідів титану у приповерхневому шарі заліза та наявністю деякої кількості залишкового аустеніту, що підтверджується даними рентгенофазового аналізу. Наявність ліній аустеніту свідчить про дифузію атомів вуглецю в α - твердий розчин заліза через прошарок титану. Також можливим є формування мартенситних структур, внаслідок протікання процесів надшвидкісного нагріву та охолодження металу - основи, що супроводжують процес електроіскрового легування. Запропонований спосіб може бути реалізований як у лабораторних, так і у виробничих умовах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб електроіскрового зміцнення поверхні деталі, що включає розміщення катода (деталі) та анода (електрода) у герметичній камері, подачу напруги на анод та підтримання його на відстані від катода, що є достатньою для виникнення іскрового розряду, контроль рівня надлишкового тиску у камері, електроіскрове зміцнення поверхні деталі у вуглецевмісному середовищі, рівень надлишкового тиску якого є вищим за тиск оточуючого середовища, який відрізняється тим, що електроіскрове зміцнення поверхні деталі здійснюють анодом з тугоплавкого металу, отримуючи два шари електроіскрового покриття, між яким наносять шар графіту. 2 UA 91353 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3