Лаборатория ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Электроискровое легирование

На сегодняшний день метод электроискрового легирования (ЭИЛ) является экономически выгодным и технологически перспективным в решении проблем увеличения эксплуатационных характеристик различных деталей машин и режущего инструмента, подвергающихся интенсивному износу. Благодаря широкой гамме материалов, которые могут быть использованы при ЭИЛ, участию межэлектродной среды в процессе формирования поверхностных слоев, можно в широких пределах изменять механические, термические, электрические, термоэмиссионные и другие свойства рабочих поверхностей деталей.

Основные преимущества метода ЭИЛ:

• Возможность локальной обработки поверхности только в месте максимального износа
• Высокая адгезия покрытия с подложкой
• Отсутствие нагрева детали во время упрочнения
• Отсутствие необходимости предварительной подготовки подложки
• Отсутствие необходимости в последующей механической обработке
• Процесс ЭИЛ проходит на воздухе

Проведенные лабораторные и промышленные испытания показали, что использование СВС-электродов в процессе нанесения методом ЭИЛ упрочняющих покрытий, позволяет получать покрытия толщиной от 5 до 200 мкм. Сплошность покрытий достигает 100%, а чистота поверхности от Rz 120...40 до Ra 0,63...0,32. Покрытия отличаются высокой твердостью (10-30 ГПа), хорошей адгезией с подложкой и значительно повышают стойкость деталей, на рабочие поверхности которых их наносят. Ресурс упрочненного инструмента увеличивается от 2 до 10 раз.

Некоторые характеристики наносимых покрытий

Имеется ряд предприятий, на которых были проведены производственные испытания инструмента с покрытиями, полученными с использованием СВС-электродов.

• На предприятии ОАО «АВТОВАЗ» г.Тольятти были испытаны сверла из стали 11М5Ф на автоматической линии обработке картера сцепления автомобиля ВАЗ-2110, изготавливаемого из АК12М. Нормативная стойкость сверл составляла 1000 деталей при износе по задней поверхности 0,3…0,4 мм. Опытные упрочненные сверла имели стойкость 9500 - 10000 деталей при износе 0,3…0,4 мм по задней поверхности, при этом качество поверхности и разброс размеров были в пределах требования чертежа.
• На предприятии ООО «Фотон» г.Воронеж были апробированы метчики прошедшие электроискровое легирование СВС-электродами. Апробирование производилось на блоках ТВД из сплава ЖС-6УВИ и показало увеличение стойкости метчиков М6х1 примерно в 4 раза.
• На предприятии ООО «Тамбовский ИТЦ Машиностроение» г.Тамбов была испытана опытная партия шнеков и гильз из стали 12Х18Н10Т сушильных машин ЛК4, ЛК8 и КТЛК4, упрочненная СВС-электродами. Сравнительные испытания на износостойкость упрочненных деталей СВС-электродами показали большую стойкость в 2,5…3,3 раза чем деталей наплавленных материалом В3К.

Производственные испытания обработанного инструмента СВС-электродами

Увеличение срока службы ножей ботвосрезателя свеклоуборочного комбайна Holmer Terra DOS

ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемия (г. Тамбов): Проведение сравнительных испытаний ножей ботвосрезателя свеклоуборочного комбайна Holmer Terra DOS в условиях реальной эксплуатации с 5 сентября по 5 октября 2012 года.

Результат: износостойкость упрочненных ножей методом ЭИЛ СВС-электродами марки СТИМ-2/30К в 2-4 раза больше чем необработанных ножей. Это существенным образом сказывается на увеличении сроков эксплуатации ножей, снижению потребностей в приобретении новых оригинальных дорогостоящих ножей иностранного производства.

Область применения СВС-электрода

Увеличение износостойкости:

• металлорежущего инструмента (сверл, фрез, метчиков, ножей для гильотинных ножниц и т. д.);
• трущихся поверхностей деталей машин, рабочих и исполнительных органов различного назначения (шейки валов, втулки, рычаги, толкатели, шатуны, клапаны, лопатки и детали компрессорных машин, турбин, роторов), в том числе: кулачки и рычаги распределительных валов автомобилей, зубья шестерен синхронизатора коробки передач автомобилей и т. д.
• медицинского инструмента (различные пинцеты, зажимы Кохера, Бильрота, Люэра, Федорова, Микулича и др.)

Упрочнение:

• технологической оснастки;
• штампов для холодной обработки металлов (вырубные, пробивные, монтажные, гибочные и т. д.);
• штампов для горячей обработки металла (формообразующие, обрезные);
• деталей машин работающих в условиях абразивного изнашивания.

Восстановление:

• размеров изношенных деталей машин с приданием их поверхностям новых свойств;
• устранение на поверхности неглубоких дефектов в виде выбоин, вмятин, царапин.

Электроискровое легирование + СВС
(Работы проводятся совместно с БНТУ)

Технология нанесения покрытий заключается в следующем: слой порошковых СВС реагентов наносится на подготовленную поверхность подложки в виде приготовленной жидкой суспензии. После нанесения смеси исходных реагентов поверхность высушивают, а электроискровую обработку проводят по полученному слою реагентов (рисунок ниже). В зоне пробоя при ЭИЛ находится смесь химических реагентов, способных взаимодействовать между собой с большим тепловыделением после локального теплового инициирования реакции синтеза между собой с большим тепловыделением после локального теплового инициирования реакции синтеза энергия электрического разряда. При этом продукты синтеза, формирующиеся в результате взаимодействия реагентов, и материал электрода образуют на поверхности упрочняемой детали через стадию формирования жидкой фазы твердосплавные, износостойкие и тугоплавкие покрытия. Толщина покрытий в зависимости от режимов нанесения составляет 0,02 – 0,4 мм за один проход.

В результате комбинации процессов СВС и ЭИЛ в межэлектродном промежутке реализуется повышенная температура, которая приводит к перегреву расплава. Основа за короткий промежуток единичного процесса не нагревается выше 400 °С. Расплав находится в контакте с деталью, которая интенсивно отводит в глубь и рассеивает тепло. В результате перегретый расплав металлов быстро охлаждается. Такая термообработка приводит к получению КП с ультрадисперсной структурой (размеры частиц TiC 0,1 – 8 мкм). В результате микротвердость достигает 16 – 18 Гпа. Из структуры видно, что переходная зона не имеет трещин и отслоений, что может быть подтверждением высокой адгезии КП к основе.

Результаты испытаний сверл ø8/12 мм