Delist.ru

Технологические и методологические основы формирования функциональных покрытий

Автор: Мулин Юрий Иванович

Методом рентгенофазового анализа поверхностных слоев анода и катода установлено, что в покрытиях образуются твердые растворы металлов, оксиды, карбиды и нитриды анода и катода, интерметаллиды. Результаты исследований показывают, что в поверхностных слоях покрытий, образованных при значениях приведенных энергий, меньших и больших Wпх, набор фаз идентичный.

В пятой главе приведены результаты исследования по влиянию энергетических режимов процесса ЭИЛ на микроструктуру, шероховатость и эксплуатационные характеристики покрытий.

Установлены причины и механизм разрушения образуемого на катоде ИПС. Рентгеновской съемкой образуемого покрытия на подложке из стали 45 методом ЭИЛ электродными материалами Тi, Ni, Cu, W, BK6M, T15K6, T15K6+Cu по уширению дифракционных линий, характеризующих структуру, определялось изменение дисперсности блоков D и возникающих микронапряжений (d/d. Разделение указанных эффектов выполнено с использованием "С-критерия" и функции Лауэ. Для повышения информативности исследования выполнены замеры микротвердости и сравнительные испытания покрытий на износ. При исследовании использованы значения внутреннего напряженного состояния поверхностных слоев на стали 45, упрочненных ЭИЛ и определенных ранее на установке "ПИОН". Изменяемой технологической характеристикой является величина приведенной энергии Wп. Все полученные закономерности являются нелинейными. По результатам экспериментов получены статистически значимые уравнения регрессии от варьируемого параметра Wп с определением значений точек перегиба и соответствующих им исследуемых параметров для материалов покрытий. Для электродного материала ВК6М уравнения имеют вид

D=808,329–115,959 ( Wп +5,051 ( Wп2; Dmin= 142,6 A при Wп=9,60 кДж/см2;

(d/d=0,41+0,496 ( Wп –0,024 ( Wп2; (d/dmax= 2,97 при Wп=10,46 кДж/см2;

H(=7231,6+261,39 ( Wп –13,611 ( Wп2; H( max= 8486 МПа при Wп=10,63кДж/см2.

На рис. 4 приведены зависимости параметров тонкой кристаллической структуры покрытия ЭИЛ твердым сплавом ВК6М от величины приведенной энергии Wп. Для других электродных материалов закономерности аналогичны. Выполним ранжирование значений точек перегиба по величине Wп.

Рис. 4. Зависимости параметров кристаллической структуры покрытия ЭИЛ сплавом ВК6М на подложке из стали 45 от величины приведенной энергии процесса ЭИЛ: 1 – средние размеры блоков D; 2 – значения микротвердости H(; 3 – значения микронапряжений (d/d; 4 – внутренние остаточные напряжения в покрытии ((ост)

Первая точка соответствует зависимости, определяющей значения среднего размера блоков (Wп = 9,6 кДж/см2); вторая точка перегиба соответствует закономерности, определяющей изменения микроискажений (Wп = 10,46 кДж/см2); третья точка перегиба определяет закономерность изменения микротвёрдости (Wп = 10,63 кДж/см2). На следующем этапе начинается разрушение покрытия (Wп = 11,52 кДж/см2). На площадь в 1 см2 обрабатываемой поверхности при ЭИЛ в 1 с воздействует значительное количество искровых разрядов Nи = 200–600, которые можно определить как циклы. При продолжительности обработки, определяемой в минутах, вследствие накопления дефектов и достижения границы хрупкого разрушения tх происходит усталостное разрушение покрытий и уменьшение микротвердости, по значениям которых можно определить границу окончания процесса ЭИЛ. Это подтверждает анализ микроструктуры покрытий и износостойкости.

Исследования выполнены и на подложках из титановых сплавов ВТ20, ВТ3-1, ОТ4-1 материалами электродов Al, Т15К6, ВК6, 11Х15Н25М6АГ2М, W(Cr(Co, W(Fe(Ti для установления общих закономерностей. Определены оптимальные технологические параметры Wпг и его энергетические составляющие, которые приведены в табл. 4.

Трехзначные значения по горизонтали в вертикальных графах табл. 4, 5 показывают последовательную принадлежность их материалам подложек ВТ20, ВТ3-1, ОТ4-1.

Средние значения параметров покрытий приведены в табл. 5.

Таблица 4

Технологический параметр WПГ и его энергетические составляющие

Материал подложки Материал электрода Технологи-ческий параметр

WПГ, кДж/см2 Энергия единичного импульса

WИ, Дж Частота следования импульсов

fИ, Гц Длитель-ность следования импульсов

(И, мкс

OT4-1 Al 8,1; 8,4; 8,6 0,24 400 90

Т15К6 8,8; 9,9; 9,2 0,16 400 40

ВК6М 9,1; 9,3; 9,4 0,21 500 60

11Х15Н25М6АГ2 9,3; 9,6; 9,5 0,31 500 100

W-Cr-Co 9,2; 9,4; 9,5 0,21 500 60

W-Fe-Ti 9,5; 9,7; 9,4 0,21 500 60

Таблица 5

Средние значения параметров покрытий на поверхностях титановых сплавов

Мате-риал под-ложки (катод) Мате-риал элект-рода

Толщи-на покры-тия, мкм Шерохо-ватость покры-тия Rа ,

мкм Сплош-ность покрытия, %

Al 5,2; 4,6; 4,2 1,14; 1,30; 1,38 0,26; 0,24; 0,22 31; 29; 22 3,6; 4,1; 4,2 91; 96; 94

11Х15Н25М6АГ2 7,2; 7,1; 6,2 1,57; 2,00; 1,96 0,78; 0,76; 0,75 96; 82; 62 2,6; 2,9; 3,1 100

Т15К6 17,3; 14,3; 12,2 3,79; 4,04; 4,05 0,41; 0,39; 0,36 41; 35; 26 2,8; 3,1; 3,3 62; 68; 56

ВК6М 10,4; 10,1; 8,8 2,27; 2,79; 2,88 0,69; 0,68; 0,61 63; 44; 38 2,7; 2,9; 3,0 96; 94; 88

W(Cr(Co 9,4; 9,2; 8,3 2,06; 2,60; 2,74 0,76; 0,72; 0,70 80; 64; 56 3,1; 3,0; 3,1 98; 96; 96

W(Fe(Ti 8,7; 8,5; 8,2 1,90; 2,39; 2,71 0,71; 0,68; 0,67 67; 58; 47 4,2; 4,3; 4,3 88; 80; 84

Без покры-тия 4,6; 3,6; 3,1 1,00 - - 0,8; 1,0; 1,2 100

* H(п и H(о – соответственно микротвердость покрытия и основы.

Основным требованием, предъявляемым к электродным материалам при формировании однослойных покрытий ЭИЛ, является образование неограниченных твердых растворов с материалом подложки.

Испытаниями на износ и жаростойкость поверхностей с покрытиями по сравнению с неупрочненными установлено повышение всех эксплуатационных характеристик. Наибольшее повышение жаростойкости поверхностей титановых сплавов наблюдается при ЭИЛ алюминием (до 3 раз) за счет образования интерметаллидов ТiAl.

загрузка...