Способ получения износостойкого поверхностного слоя на стальных деталях
Владельцы патента RU 2440874:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" (RU)
Изобретение относится к области электрофизической обработки, в частности к электроискровому упрочнению стальных поверхностей, и может быть использовано для повышения износостойкости поверхностей трения прецизионных деталей машин и инструментов. Способ включает электроискровое легирование стальной поверхности, при котором в область между легирующим электродом из твердого сплава ВК6М и обрабатываемой поверхностью подают кислород, при этом энергия в импульсе составляет Е=0,25 Дж, амплитудное значение напряжения U=48 В с частотой импульсов 400 Гц, длительность разряда τ=120 мкс, время обработки t=2 мин/см2. Способ позволяет повысить эффективность электроискрового упрочнения поверхности и обеспечивает формирование поверхностного слоя с повышенной износостойкостью и высокими антифрикционными свойствами. 1 табл.
Изобретение относится преимущественно к области электрофизической обработки, в частности к электроискровому упрочнению стальных поверхностей, и может быть использовано для повышения износостойкости поверхностей трения прецизионных деталей машин и инструментов.
Известен способ повышения износостойкости поверхностей трения электроискровой обработкой в воздушной среде с использованием твердосплавных легирующих электродов [Гитлевич А.Е. Электроискровое легирование металлических поверхностей / А.Е.Гитлевич, В.В.Михайлов, Н.Я.Парканский, В.М.Ревицкий. - Кишинев: Штиинца, - 1985, - с.42-43].
Несмотря на преимущества, известный способ повышает износостойкие и антифрикционные свойства поверхностей стальных деталей машин и инструментов в недостаточной степени и не обеспечивает необходимой долговечности узлов трения.
Известен способ обработки рабочих поверхностей деталей узлов трения для придания им износостойких свойств электроискровым легированием (ЭИЛ), наиболее близкий по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению, принятый за прототип [пат. 2319790, РФ, МПК C23C 28/00. Способ обработки рабочей поверхности детали узла трения для придания ей износостойких и антифрикционных свойств / А.В.Беляков, В.М.Кремешный].
В предложенном способе износостойкое покрытие получают методом ЭИЛ медным электродом с последующим шлифованием покрытия и пассивацией его в растворе окислителя. На сухую обработанную поверхность наносят композицию, содержащую следующие компоненты: медь, политетрафторэтилен, борат гликоля, мыльную пластичную смазку. Указанную композицию периодически наносят в режиме эксплуатации узла трения.
Однако формирование износостойкого покрытия указанным комбинированным способом является трудоемким и экономически затратным. Кроме того, при шлифовании покрытия, созданного ЭИЛ, в указанных пределах съема (10-30%) необходима достаточно высокая точность выполняемой технологической операции и прецизионное оборудование. В предлагаемой технологии требуется периодическое нанесение композиции в процессе эксплуатации узла трения, что связано с дополнительными затратами труда.
Задачей изобретения является разработка способа повышения эффективности электроискрового упрочнения поверхностей узлов трения, обеспечивающего формирование поверхностного слоя, обладающего высокими износостойкими и антифрикционными свойствами.
Указанный технический результат достигается тем, что в процессе электроискрового легирования в область между легирующим электродом и обрабатываемой поверхностью подается кислород. При этом соблюдаются следующие технологические режимы: энергия в импульсе Е=0,25 Дж; амплитудное значение напряжения U=48 В при частоте импульсов 400 Гц; длительность разряда τ=120 мкс; время обработки t=2 мин/см2; легирующий электрод из твердого сплава ВК6М.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемой таблицей, в которой приведены характеристики поверхностного слоя, полученного при ЭИЛ быстрорежущей стали электродом ВК6М с энергией в импульсе Е=0,25 Дж (микротвердость основы Hµ=5,88±0,1 ГПа).
Заявляемый способ заключается в следующем. При введении в межэлектродное пространство кислородсодержащей среды повышается теплосодержание эрозионных частиц легирующего электрода, что приводит к увеличению глубины зоны термического влияния в поверхностном слое. В связи с тем, что атомный радиус кислорода ra=1,36 нм, а размеры октаэдрических пустот кристаллической решетки железа равны 1,25 нм, реализуется твердорастворный и дислокационный механизмы упрочнения, повышая микротвердость и износостойкость формируемого поверхностного слоя.
Пример. В соответствии с предлагаемым способом была упрочнена стальная поверхность металлорежущих пластин резцов из стали Р6М5. Микротвердость рабочей поверхности пластины после шлифования составляет Hµ=5,0÷6,0 ГПа. Обработка выполнялась легирующим электродом из твердого сплава ВК6М в среде кислорода с параметрами ЭИЛ-энергия в импульсе Е=0,25 Дж, амплитудное значение напряжения U=48 В при частоте импульсов 400 Гц, длительность разряда τ=120 мкс, время обработки t=2 мин/см2, что обеспечивает уменьшение коэффициента трения до 0,1 с микротвердостью поверхностного слоя Hµ=20,7 ГПа [Коротаев Д.Н. Управление качеством формирования эксплуатационных параметров поверхностей при упрочнении электроискровым легированием / Д.Н.Коротаев, Ю.Б.Никитин, Е.В.Иванова // Известия вузов. Машиностроение. - 2003. - №.4. - С.65-69]. Результаты сравнительных испытаний упрочненных металлических пластин из быстрорежущей стали Р6М5 приведены в таблице.
| Таблица | ||
| Параметры поверхностного слоя | Межэлектродная газовая среда | |
| Воздух | Кислород | |
| Толщина слоя, ±5 мкм | 45 | 30 |
| Микротвердость, ГПа | 11,45 | 20,7 |
| Плотность дислокаций, ×1011, см-2 | 24,2 | 29,6 |
| Коэффициент трения (при нагрузке Р≈16 МПа) | 0,2 | 0,1 |
Таким образом, применение предлагаемого способа электроискрового упрочнения стальных поверхностей по сравнению с прототипом позволяет на рекомендуемых технологических режимах обработки обеспечить существенно меньшие значения среднего коэффициента трения и повысить износостойкость поверхностного слоя деталей узлов трения и инструментов.
Способ получения износостойкого поверхностного слоя на стальных деталях, включающий электроискровое легирование стальной поверхности, отличающийся тем, что в процессе обработки в область между легирующим электродом и обрабатываемой поверхностью подают кислород, при этом энергия в импульсе составляет Е=0,25 Дж, амплитудное значение напряжения U=48 В с частотой импульсов 400 Гц, длительность разряда τ=120 мкс, время обработки t=2 мин/см2, и обработку выполняют легирующим электродом из твердого сплава ВК6М.
