Delist.ru

Технологические и методологические основы формирования функциональных покрытий

Автор: Мулин Юрий Иванович

Рис. 6. Структурная схема процесса образования многослойных

покрытий методом ЭИЛ

. Вариант q целевого назначения технологии взаимосвязан с

информационным блоком предпочтительного чередования материалов электродов k и с режимами обработки. Технологические режимы определяются по известным данным блока для однослойных покрытий с учетом наличия оборудования и целевого назначения технологии. Структурной схемой предусмотрено применение дополнительных промежуточных операций i обработки ИПС, а также отделочной обработки перед установкой детали в рабочее положение. Основой для разработки маршрута процесса образования многослойных покрытий являются закономерности изменения массы катода от величины приведенной энергии для каждой пары электродов. Схема разработки маршрута процесса ЭИЛ при формировании трехслойного покрытия приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема разработки маршрута процесса ЭИЛ при формировании трехслойного покрытия: 1, 2, 3 – указания по формируемым слоям

Требования, предъявляемые к материалам электродов при формировании

первого, последующих и окончательного слоев многослойного покрытия приведены на рис. 8.

Рис. 8. Требования к материалам электродов при формировании

одно- и многослойных покрытий методом ЭИЛ

. В табл. 8 приведены характеристики и микроструктуры некоторых двух- и трехслойных покрытий, обеспечивающих повышение износостойкости в 2,7(3,8 раза и увеличение жаростойкости в 2,6(3,4 раза.

Таблица 8

Характеристики образуемых двух-, трехслойных покрытий на штамповой

стали 4Х5В2ФС и на стали 45

Материал

электрода Толщина покрытия,

мкм Сплош-ность, % Микро-твердость, ГПа

Фазовый состав покрытия Шеро-ховатость

Rа, мкм

Для подложки из стали 4Х5В2ФС

11Х15Н25М6АГ2+W-Cr 100(200 9696

96 9,4(9,8 ?-Fe, (FeCr)23С6, Cr2О3, Ni О, FeNi, Fe2O3, Cr, W3О2, WС 8,2(10,6

11Х15Н25М6АГ2+ВК6М 100(140 96 10,6(14,2 ?-Fe, (FeCr)23С6, W2С, Cr2О3, NiО, WС, Fe2W, FeNi 8,1(9,2

11Х15Н25М6АГ2+W(Cr+Cr 120(240 98 9,6(9,8 ?-Fe, Cr, (FeCr)23С6, Cr2О3, NiО, W3О2, WС, FeNi, Fe2O3 14,2(16,3

11Х15Н25М6АГ2+ВК6М+Cr 120(240 100 10,4(12,6 ?-Fe, Cr2О3, NiО, FeNi, Fe2O3, WС, (FeCr)23С6 14,0(16,1

Для подложки из стали 45

07Х19Н11М3Г2Ф(W(Ni 100(210 98 8,4(9,6 (-Fe, (FeCr)23C6, NiO, FeNi, Ni, W, WC, Fe2O3. 8,2(9,6

07Х19Н11М3Г2Ф(Cr(W-Cr 120(250 100 8,1(10,2 (- Fe, Cr, (FeCr)23C6, W2C, Cr2O3, WC, W3O2, FeNi, Fe2O3 13,6(15,5

07Х19Н11М3Г2Ф(Cr(ВК6 120(240 98 10,5(12,6 (-Fe, (FeCr)23C6, W2C, Cr2O3, WC, NiO, Fe2W, FeNi 13,4(15,0

07Х19Н11М3Г2Ф(ВК6(W(Cr 120(230 100 9,3(11,5 (-Fe, Cr2O3, FeNi, NiO, WC, Fe2O3, (FeCr)23C6 13,5(15,6

07Х19Н11М3Г2Ф(Т15К6(Сr 120(220 98 10,6(12,8 (-Fe, Cr2O3, WC, TiC, NiO, FeNi, Fe2O3, (FeCr)23C6 13,4(15,4

07Х19Н11М3Г2Ф(W-Cr(T15K6 120(210 96 12,6(14,8 (-Fe, Cr2O3, WC, TiC, FeNi, (FeCr)23C6, NiO, TiO2, Fe2O3 13,4(15,1

Важнейшим условием обеспечения процесса формирования толстослойных покрытий является использование материалов анода, имеющих высокую жаро-, кислото- и коррозионную стойкость, выполнение эрозии преимущественно в жидкой фазе. К таким материалам относятся аустенитные хромоникелевые стали и сплавы, образующие при ЭИЛ на поверхностях покрытий оксиды Cr2O3 и NiO в виде проволоки для электродов типа 11Х15Н25М6ФГ2, 07Х19Н11М3Г2Ф. Особенностью технологического режима является "разогрев" электрода в течение 15 с при Wи = 0,79(0,87 Дж и частоте следования импульсов fи = 700(800 Гц. Образуемая на поверхности покрытия волнистость препятствует образованию равномерного по толщине слоя. Удаление вершин волнистости осуществляется на промежуточной операции "припиловка" алмазным надфилем при уменьшении толщины покрытия не более 8(10 %. Для обеспечения последующего процесса ЭИЛ и условия преимущественного переноса материала анода на катод, определяемого соотношением Тапл ( (3(4) Ткпл, выполняется ЭИЛ поверхности сплавом ВК6, ВК8 в течение 20 с на площади 1 см2. При последовательном образовании третьего слоя покрытия его суммарная толщина может достигать 1200 мкм.

Образование несплошных покрытий методом ЭИЛ целесообразно выполнять на поверхностях изделий при критических деформациях конструкционного материала, значительных передаваемых мощностях, высоких контактных нагрузках и скоростях скольжения.

Разработана модель напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя в виде системы "покрытие-основа" при одноосном растяжении. Определены начальные и граничные условия. Произведены расчет напряженного состояния на границе системы, экспериментальная проверка расчетов, проектирование поверхности покрытия, испытание на износ и математическая обработка результатов.

По разработанной схеме перемещения центров тяжести сечений основы и

покрытия получены следующие уравнения для определения нормальных и касательных напряжений на границе основы и покрытия:

где ?о – деформация в направлении оси Z, параллельной границе системы «покрытие – основа»; Fп – усредненная суммарная площадь поперечного сечения, заполненная металлом; Fо – площадь поперечного сечения подложки; Еп, Ео – модуль упругости материала покрытия и подложки; К – коэффициент, зависящий от геометрических параметров и модулей упругости подложки и покрытия, определяемый К2 = 2в·Lк(1/ Fn ·En + 2/Fo ·Eo); где в – ширина упрочняемого участка; Lк – коэффициент, зависящий от напряжений и толщины H подложки и h покрытия, Lк = ?o ·?п / (h· ?о(Н· ?n), где ?о и ?п – нормальные напряжения в подложке и покрытии, определяемые по справочным данным или экспериментально.

Анализ уравнения (8) показывает, что нормальные напряжения, определяющие когезионную прочность соединения основы и покрытия, в зависимости от положения рассматриваемого сечения имеют не постоянные, а возрастающие значения от нуля у кромки покрытия до максимального

?п ? ?в значения, образуя участок, за пределами которого ?п > ?в, (?в – предел прочности).

Из уравнения (9) следует, что касательные напряжения на границе основы и покрытия в зависимости от положения рассматриваемого сечения имеют не постоянные, а уменьшающие значения от ?max у кромки покрытия до нуля. Влияние угла ( оценивается как уменьшающее численное значение напряжения ?п, что предсказывает положительные свойства в условиях трибосистемы (повышение износостойкости).

загрузка...