Способ обработки поверхности изделий из электропроводящих материалов
Изобретение относится к металлургии и может применяться в машиностроении и металлообрабатывающей промышленности. 1(ель - упрощение способа, возможность регулирования поверхностных свойств изделий за счет получения поверхности с заданным соотношением компонентов, повышение износостойкости и микротвердости. Изделие обрабатывают инициированным катодным пятном при токе дуги Ij, выбранном в интервале 2io*: I<ji2ii, где 1„ - минимальный ток, при котором существует дуговой разряд на поверхности того, компонента, который необходимо уменьшить в поверхностном слое; IQ - минимальный ток существования дугового разряда на материале, не подлежащем удалению. ,Это позволяет получить изделия с заданныни свойствами, дает возможность автоматизировать процесс, повысить эксплуатационные характеристики, k' табл.
союз советсних сощелистичесних
РЕСПУБЛИК (1% (11) Ai щ) С 23 F 4/О?
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
OG+3APCTBEHHblA HOMHTET
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И mHPblTHAM
ПРИ ГНИТ СССР
К ILE TOPCOO IIIV CEEEETEllhCTOV.(21) 4776892/02 (22) 09.10.89 (46) 30.01.92. Бюл. и 4 (71) Институт сильноточной электроники C0 AH СССР (72) Г.П. Баженов, Г.П. Ерохин и А.О. Савченко (53) 621.365.2 (088 8) (56) Тылкин И.А. И.: Металлургия
1981, с. 530-531(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ
ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯ11ИХ HATEPNAЛОВ .(57) Изобретение относится к металпургии и может применяться в машиностроении и металлообрабатывающей промышленности. Цель — упрощение способа, возможность регулирования поИзобретение относится к машиностроению и металлообрабатывающей промышленности.
Известен способ изменения химического состава поверхностных слоев твердых тел путем диффузионного насыщения при повышенной температуре (химико-термическая обработка). Существенным недостатком этого способа является ограничение скорости процес са диффузионными константами, необходимость использования энергоемкого оборудования, длительность процес-. са. Данный способ не позволяет избирательно создавать модифицированные участки на поверхности деталей (режущая кромка резца. полпятники осей верхностных свойств изделий за счет получения поверхности с заданным соотношением компонентов, повышение износостойкости и микротвердости.
Изделие обрабатывают инициированным катодным пятном при токе дуги Ig, выбранном в интервале 2io(I@ 2i где i — минимальный ток, при котором существует дуговой разряд на поверхности того, компонента, который необходимо уменьшить в поверхностном oe; i — минимальный ток существования дугового разряда на материапе, не подлежащем удалению. Это позволяет получить изделия с заданными свойствами, дает возможность автоматизировать процесс; повысить эксплуатационные.характеристики. 4 табл. врац1ения после их финишной обработки и т.п.) с целью упрочнения изделий и инструмента.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности. является способ электродуговой наплавки, при котором на поверхности изделия при зажи- . гании электрической дуги путем расплавления лигатурного электрода или нанесенных на поверхность ферросплавов получают дополнительный поверхностный слой.
Недостатком данного способа являются трудоемкость процесса, больши» потери легирующих элементов, невозможность выдерживания точного состава поверхностного слоя, что ведет к
1 70892á где m Ч э
- изменениям характеристик измененного слоя как в объеме, так и по поверхности.
Целью изобретения является упро5 щение способа, возможность регулирования поверхностных свойств изделий за счет получения поверхности с заданным процентным соотношением компонентов, повышение износостойкости и микротвердости.
УКазанная цель достигается тем, что в известном способе обработки поверхности электропроводящих материалов, преимущественно твердого сплава, согласно изобретению по-. верхность изделия обрабатывают инициированным катодным пятном при токе дуги ТД, выбранном в интервале
2i(I$42i, где io — минимальный ток, при котором существует дуговой . разряд на поверхности того компонента, который необходимо уменьшить в
° I поверхностном слое изделия; и - ми; нимальный ток существования дугово- ,го разряда на материале, не подлежа" щем удалению.
В момент инициирования катодного пятна при Ig)<2iII Возникает один эмиссионный центр (ЭЦ), который пос- 30 тавляет в разрядный промежуток плаз-: ! му, состоящую из ионов, электронов, а также нейтральных частиц. После его гибели эмиттированная им плазма открывается- от поверхности.и, приобретая положительный потенциал, стимулирует возникновение нового эмиссионного центра.При этом двойной слой между плазмой первого ЗЦ и ка" тодом становится двойным слоем между 40 плазмой первого ЭЦ и нового ЭЦ. По мере расширения плазмы вновь возника- ющего ЭЦ слой деформируется и приоб- . ретает сферическую геометрию, а потОк иОнОВ из плазмы перВичнОГО ЭЦ 45 фокусируется в слой плазмы второго
ЭЦ, что приводит к нагреву плазмы.
Количество ионов, поступающих из плазмы отработавшего ЭЦ в плазму работающего ЭЦ, равно
<0 ° -о tsu, I 386 P Ze — масса электрона;
- масса иона;
- время жизни эмиссионного центра;
- заряд иона; заряд электрона.
Чем больше 6N(, тем эффективнее нагрев пла змы, что у величивает энергию частиц. Между коэффициентом электРопереноса К и величиной минимального тока io также существует связь.
Чем меньше минимальный ток, тем большее количество эмиссионных центров возникает на поверхности обрабатываемого изделия и, следовательно, большее количество материала удаляется с поверхности за единицу времени.
Известно, что i соединения двух элементов меньше величины i> каждого из этих элементов, входящих в состав этого соединения. Следовательнр, эмиссионные центры в первую очередь будут возникать на поверхности соединений и их количество зависит от величины протекающего через обрабатываемое иэделие (катод) тока. Унос материала катода зависит от величины ми-: нимального тока разряда .. к = +-, (3)
Iy t + Ig t где ЬК;, — масса, уносимая ионами;
ЙК - масса, уносимая нейтральными частицами;
Iy - ток разряда, равный 2пЦР, где n - -количество эмиссионных центров
- время существования разряда.
Так как катодное пятно преимущественно функционирует на материалах с малой величиной iIII, то происходит избирательный унос элементов, входящих в состав поверхности. Регулируя время Функционирования катодного пятна, можно достичь необходимого соотношения компонентов в поверхностных слоях катода и таким образом получить поверхности обрабатываемых из" делий с заданными одинаковыми свойствами. Число эмиссионных центров зависит от тока разряда и величины минимального тока материалов, входящих в состав катода
Уровень протекающего через деталь тока не должен превышать значение
2 (S/Язи,), где 3 — площадь, занятая компонентом с величиной минималь5
:1708926 6 ного тока io, $ „ — площадь, занимаемая одиночным ЗЦ. При Iy катодное . t пятно. не возникает. При Ig ) 2i могут возникать эмиссионные центры не только на компоненте, подлежащем улалению, но и на других компонентах.
Пример. Обработке по предложейному способу подвергали пластины из твердого сплава ВК 3. Величина про 10 текающего тока (I) составляла 10 А, напряжение между анодом и катодом
U = 1,5 кВ. Относительное процентное соотношение компонентов в изделиях до и после обработки приведено в 15 табл.1.
Из табл.1 видно, что для случая контрольных точек максимальный разб-, рос процентного содержания WC состав- 20 ляет величину О,/883, для Со - О, 1873, Для обработанной поверхности максимальный разброс процентного содержания WC составляет 0,1323,:для Со
0,101ь. Таким образом, предложенный, способ позволяет получать участки поверхности изделий с заранее задан- ным процентным соотношением компонентов, что определяет идентичность их
- свойств. Разброс значений в случае 30 обработанной поверхности уменьшается в 5 раз.
Выбор диапазона тока дугового разряда обусловлен следующими причинаМи е
При токе дугового разряда io для
WC = 0,4 А разряд не возникает, при токе разряда Ig > 2i где i - мини/ мальный ток дугового разряда, для
Со 2,15 А, в составе плазмы появляет- 40 ся материал компонента, удалять который из поверхности обрабатываемого материала нежелательно (табл.2).
8 результате реализации предла" гаемого способа появилась возможность 45 создавать ряд изделий -с одинаковыми поверхностными свойствами, а значит, и с одинаковыми эксплуатационными характеристиками, например, такими, как износостойкость и микротвердость обрабатываемых изделий. В табл.3 и 4 приведены результаты испытаний.
Характеристика стандартного спеченного твердого сплава ВК 3 - химический состав, F>. WC 97; СО 3; твердость
НРА не менее 89,5. Была отобрана партия одновременно изготовленных плас тин иэ сплава ВК 3. Часть из них была обработана по предлагаемому способу (образцы с 1 по 5), а часть служила контрольными образцами (с 6 по
10), т.е. обработана по способу-прототипу. Пластины испытывали на износостойкость при получистом точении стали 12Х18Н10Т при следующих параметрах: скорость резания ч = 100 м/мин, глубина резания е = 0,5 мм, подача
S = О,1 мм/об. Измеряли износ по задней грани - h, мм. Результаты испытаний приведены в табл.3.
Аналогичные результаты получены для сплавов ВК6, Т15К6, Р18, Р18К5ф2 и др.
Из табл.3 видно, что износостойкость образцов, обработанных по предлагаемому способу, возросла гю сравнению с контрольными. Важным обстоятельством является то, что обработанные .по предлагаемому способу образцы имеют одинаковый износ за равные промежутки времени работы, а контрольные - значительный разброс. Полученный эффект позволяет автоматизировать обработку изделий.
В табл.4 приведены результаты испытаний образцов из стали 20Х13, 40Х, 4. - Fe, проверенные на микротвердость.
Из приведенных результатов видно, что микротвердость образцов (независимо от их материала), полученная после обработки их по предлагаемому способу, значительно выше, чем микротвердость образцов, полученная по способу-прототипу.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ. прост в реализации, менее трудоемок, поэво. ляет получать поверхности изделий с заранее заданными .свойствами, с хорошей повторяемостью, что- дает возможность автоматизировать процесс.
В результате использования предлагаемого способа обработки поверхности повышаются эксплуатационные характеристики обрабатываемых изделий, такие
У как. износостойкость, микротвердость,, а также пластичность, корроэионная стойкость, коэффициент трения и др. формула изобретения
Способ обработки -поверхности изделий из электропроводящих материалов, преимущественно твердого сплава, 1708926
2 Таблица1 Относительное процентное соотношение компонентов в изделиях Материал 4 1 5 1 6 2 (3 До обработкй поверхности изделия 98,819 1,181 92,736 7,264 95,031 98,147 1,969 1,853 91,832 94,121 8,168 5,879 95,708 4,292 90,132 9,868 95,800 4,174 90,193 9,807 95,576 4,394 90,347 9,653 Pb Таблица2 Ток дуги Состав плазмы, . Примечание 0,4 А Кат одное пятно не возникает WФ, CФ, WC+ w+, ы с, wc м+, w" с, wc" w+, w w", С, WC+ СО, MC 0,8 А 1,6 А 3 2 A 4,0 А. Поя вляется материал, не подлежащий коррекции 4,5 A w",w,ы СО+, СО, С+ 7,5 А 0,3 А Кат одное пятно не включающий зажигание дугового разряда на поверхности изделия, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения способа, возможности регулирования поверхностных свойств изделий за счет получения поверхности с .заданным процентным соотношением компонентов, повышения износостойкости и микротвердости, поверхность обрабатывают инициированным катодным пятном при токе дуги Izf, выбранном в интервале где ie — минимальный ток, при кото" ром существует дуговой разряд íà по верхности того компонента, который необходимо уменьшить в поверхностном слое; i 10 io минимальный ток существова» ния дугового разряда на материале, не подлежащем удалению. После обработки поверхности изделия по предлагаемому способу 1708926 Продолжение табл.2 J возникает РЬ РЬ Т +, Т,+4 Т, з У 3 A = 1,8 А ioPÜ = 0,3 А i Ti Табли ца 3 Износ (Ь), мм Контрольные образцы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Образцы, обрабатываемые по предлагаемому способу 0,2 0,23 0.,18 0,25 0,16 034 04 03 05 02 0,72 0,8 0,6. 0,81 0,4 0,12 0,12 0,15 ".,15 0,2 0,2 Таблица4 Материалл: Иикротвердость, Н>, мН/м2 Образцы, обработанные по предлагаемому способу 2 3 4 5 способу-прототипу Образцы, обработанные 3,600 3.,150 8,000 4,100 -20 у13 5,120 6,250 40Х 4-Fe 2, 000 1,100 1,130 Время обработки, мин 20>13 40Х 4-Fe O,1ã 0,15 0,2 1 3,20,0 15,620 3,750 0,6 А 0,8 А 1,2 А 2,4 А 0,12 О, l 2 0,15 0,15 0,2 .0,2 13,100 14,980 3,700 Pb -РЬ+, РЪ РЬ+4, Рь+а Pb Pb Тд Ti 1 3,200 l5,000 3,820 Появляется материал, не подлежащий коррекции 13,180 14,900 3,630 7,96С 12,360 3, С45 1.3,210 14,950 3,580 6,5 00 2,800 2,200
