Электроискровое легирование

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

Наименование параметровТехнико-эксплуатационные характеристики
Толщина покрытия, мкм 10…200
Шероховатость, Rz 10…160
Твердость покрытия, HRA 80…93,5
Габариты и форма детали не ограничены
Транспортабельность оборудования возможна обработка на месте установки детали
Обрабатываемая поверхность локальная обработка режущих кромок и наиболее изнашиваемых частей деталей
Свойства покрытий износо-, коррозионностойкие, жаропрочные

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

Наименование обработанного инструмента Материал электрода Материал инструмента Обрабаты­ваемый материал Повы­шение стой­кости, раз
1 Игла для волок СТИМ-2/30 У8,У10 ВКЗМ 2-3
2 Сверло спиральное СТИМ-2/20 Р6М5 24Ш 1,5-2
3 Сверло спиральное СТИМ-2/20 Р6М5 АКМ 2,5-3
4 Фреза дисковая СТИМ-2/30 Р6М5 У8,ХВГ 3-4
5 Фреза дисковая СТИМ-4 Р6М5 У8,ХВГ 2-3,5
6 Опорный нож СТИМ-2/30 6ХВ2С ВКЗМ 8-10
7 Долбежный резец СТИМ-3/20Ст P18 Сталь 45 8-10
8 Протяжка СТИМ-2/20 P18 30ХГСА 1,6-2
9 Режущая пластина СТИМ-3/10Н Р12Ф3К10М3 (ЭП682) ХН73МБТЮ (ЭИ698) 3-5
10 Режущая пластина СТИМ-2/20 Р12Ф3К10М3 (ЭП682) ХН73МБТЮ (ЭИ698) 2-3
11 Режущая пластина СТИМ-3/20Ст Р9М4К8 (ЭП688) ХН73МБТЮ (ЭИ698) 2-2,5
12 Нож свекло-уборочного комбайна СТИМ-2/30 45ХН Почва 2-4

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

Покрытие Способ нанесения Количество отверстий до переточки, шт. Усилие резания, Н Скорость резания, м/мин
нет нет 280/320 390/440 15/12
TiN КИБ 290/340 360/400 16/13
Cr+УДА ГО 620/890 240/260 17/14
TiC-Ni ЭИЛ+СВС 560/800 270/300 24/21
Процесс обработки детали методом ЭИЛ
Схема процесса ЭИЛ
Микроструктура керамического электроискрового покрытия
Микроструктура твердосплавного электроискрового покрытия
Медицинский инструмент — зажимы с ЭИЛ покрытием
Боевые ножи с ЭИЛ покрытием (совместно с ЗАО «Мелита-К», г. Казань)

Боевые ножи с ЭИЛ покрытием (совместно с ЗАО «Мелита-К», г. Казань)
Боевые ножи с ЭИЛ покрытием (совместно с ЗАО «Мелита-К», г. Казань)
Фрезы с электроискровым покрытием
Ножи ботвосрезателя на комбайне Holmer Terra DOS
СВС-электроды
Схема процесса СВС+ЭИЛ: 1 – электрод, 2 – слой СВС реагентов, 3 – подложка

Микроструктура покрытия
Микроструктура покрытия