Введение к работе
Актуальноогцвабдты. Одной из актуальных задач машиностроения является повышение надежности и долговечности машин и прго'о-ров. Успешное решение этой проблемы тесно связано с увеличением износостойкости рабочих поверхностей деталей. Поэтому разработка и исследование процессов направленного формирования физико-механических свойств поверхностей, подвергающихся износу, является важной научно-технической задачей.
В настоящее время наряду с традиционными методами улучшения . характеристик поверхностей трения, такими как механический, термический, химико-термический и т.п., все более широкое применение находят различные электрофизические методы ,*>-<< которым относится и метод электроискрового легирования (УИЛ) металлических поверхностей, созданный советскими учеными Б.Р.Лазаренко и Н.И.Лазаренко.
Основными достоинствами этого метода, нашедшего широкое применение в практике, является возможность управлять фазовым составом, используя в качестве электродных материалов для формирования поверхностного слоя разнообразные металлы, их сплаві-', карбиды, нитриды и т.п., получать высокую твердость этих слоев, упрочнять только локальные места без прогрева всей массы детали и т.п. Покрытия, полученные с помощью ЬИЛ, отличаются весьма мелкодисперсной структурой, чрезвычайно прочим.! сцеплением с материалом основы, а также высокой сопротивляемостью схватыванию и коррозии, благодаря формированию так называемой "белой" зоны покрытия, представляющей сСюй юзазиравновесную систему, поверхностная энергия которой близка к нулю.
Повышение стойкости поверхностей трения методом ЭЛЛ в основном осуществлялось за счет нанесения различных твердых материалов и формирования определенного фазового состава. При этом не учитывался такой существенный резерв повышения износостойкости, каким является возможность ЭМ управлять субсгрукгурнымн параметрами металла. В этом плане процесс ЗИЛ позволяет в весьма щроких пределах изменять субсгрукгуру покрытий, что даёт возможность её оптимизации с позиций повышенной сопротивляемости износу. Однако отсутствие систематических исследований зависимости параметров суб-сгруктуры формируемых слоев от режимов электроискрового легирования и взаимосвязи износостойкости с параметрами субсгруктуры ограничивает возможности <іШ в создании высонопзносостойких покрытии, что. диктует необходимость проведения на-
учшдх исследований в данном направлении.
Работа выполнялась в рамках проблемы "Исследовать закономерное ги формирования износостойких покрытий элекгрофизако-хшмчес-кими способами и. электрохимического формообразования с целью создания эффективных технологий" по теме"Исследовать взаимодействие электрических разрядов с поверхностью твердого тела в неоднородных средах" № г.р. 0І.Б6.00І27&8).
іЬль работ. Провести комплексное исследование влияния режимов ЗИЛ-на формирование субегруктуры металлов, наиболее широко ис-полъзуечшх. в машиностроении. Установить взаимосвязь между параметрами субструкгуры и износостойкостью при граничном трении скольжении. Определить режимы ЭИЛ, при которых формирующаяся суботрук-тура обеспечивает наиболее высокую изиооостойкооть. Исследовать влияние поверхностной пластической деформации электроискровых покрытий на их субогрунтуру и шероховатость. Определить условия получения методом ЭИЛ свободного графита в поверхностном слое железа и титана, а также влияние ЭИЛ графитом на шероховатость и фа-. зовый состав покрытий.
Методы ирследований. Работа выполнена в виде комплексного экспериментально-георетичеокого исследования, включающего: сравнительный анализ существующих методов упрочнения поверхностей трения; теоретический анализ структурных факторов, влияющие на износостойкость металлических поверхностей; определение фазового состава и параметров суботруктуры форыирующахоя при ЭИЛ поверхностных слоев, о использованием методов ренггеноотрукгурного анализа; определение элементного соогава в сформированном слое с использо- вашем метода шкроренггеноопекгрального анализа; исследование морфологии поверхности металлов лосле ЗИЛ и ЖД+поверхностяо-гшсги-ческая деформация (ППД) с использованием оптической и электронной микроскопии; оценку шероховатости поверхности после ЭИЛ и ЭИЛ+ППД с использованием профилографа-профилометра; определение микротвердости электроискровых покрытий; определение зависимости износа электроискровых покрытий от режимов ЭИЛ; использование для обработки полученных результатов методов математической статистики.
ШіШі&ЛЯеМЖ' Определены особенности формирования субег-руктуры при обработке поверхности металлов (fe , Си tTi ) методом ЭИЛ: выявлено, г:го основной вклад в дефектность структуры вносит дисперсность блоков. Установлена зависимость величины блоков от энергии разрядов ЭИЛ, Найдена взаимосвязь энергии разряда, пара метров субструкгуры и износостойкости при граничном трении. Вияв-
лено, что при энергиях разряда - для железа - 0,42 Дж, меди -0,58, титана - 0,36 Дж формируется субсгрукгура, обеспечивающая наибольшую износостойкость. Исследовано влияние ПВД в широком диапазоне нагрузок на субогрукгуру электроискровых покрытии: установлено, что в поверхностном слое железа и титана субструктура практически не изменяется. Изучен характер изменения макрояппря-жений в поверхностном слое сплавов железо, меди и гитана после ЗИЛ и ОШЫЩ. Обнаружены остаточные сжимающие напряжения после ЗИЛ меди.
Показано, что методом ЗИЛ можно увеличить содержание свобод-'' Ного графита в поверхностном слое сплавов' железа и гитана до 5-2. Установлены материалы электродов и реаушн ЗИЛ, при которых формируется в поверхностном слое меди определенное сочетание фаз свободного графита и медпо-элшиниевнх ингермегаллидов, обеспечивающих повышенную износостойкость поверхности медных изделий.
Практическая значимость рзбогы. На базе проведенных исследований разработаны технологические рекомендации по упрочнению поверхностей деталей из сплавов: 40Х, БТ-20, M-I, широко используемых в машиностроении.
Технологические рекомендации внедрены в производство ряда предприятий: п/я А-3448, Сорокский лесхоз (ССРМ), экспериментальный завод ш.Мясищева (Москва). Полученные в работе корреляционные взаимосвязи параметров субсгрукгуры и износа могут быть использованы при отработке технологии упрочнения поверхностей трения другими методами, а также при конструировании источников электроискровых импульсов.
На защиту выносятся:
-
Результаты исследований зависимости параметров субсгрукгуры и Износа железа, меди и гитана от режимов ЗИЛ.
-
Зависимости субструктуры и макронапряжений электроискровых покрытий на сплавах железа, титана и меди от нагрузки ПОД.
-
Метод и результаты исследования формирования свободного графита в поверхностном слое сплавов железа и титана,
-
Метод улучшения шероховатости электроискровых покрытий последу идей их обработкой графитовым электродом.
-
Результаты исследования механизма эрозии и формирования электроискровых покрытий при введении графита в- состав электрода из твердого сплава типа Ш.
-
Метод повышения прочности и износостойкости поверхности деталей из медных сплавов.
An роба ция_, pa боты. Основные положения работы были доложены и обсуждены на: Пятом Всесоюзном совещании по электрической обработке материалов в г.Кишиневе в 1985 г.;
Республиканской научно-лракгической конференции "Ускорение научно-технического прогресса пугём интенсификации ресурсосберегающей технологии в области материаловедения, термообработки и порошковой металлургии в г.Кишиневе в 198? г.
Конференции стран-членов СЭВ "Современное оборудование и технологические процессы -для восстановления и упрочнения деталей машин" в г,Пятигорске в 1988 г.
Всесоюзной конференции "Повышение надёжности и долговечности материалов деталей машин на основе новых методов термической и химико-термической обработки" в г.Хыельницком в 1988 г,
13-й Всесоюзной конференции "Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур" в г.Каунасе в 1989 г.
Всесоюзной школе-семинаре "Электрофизические методы и технологии воздвГюгвия на структуру и свойства металлических материалов" в г.Николаеве в IS90 г.
'Публикации.По теме диссертации оііубликовано II работ, в том числе 2 авторских свидетельства СССР.
5їРїіі2ї2._и_обьем_работн.Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и анализа перспектив, списка литературы, содержащего 164 источника советских и зарубежных авторов. Работа изложена на 203 страницах, включая 48 рисунков и 30 таблиц. Диссертация дополнена приложением с актами о внедрении яа Э листах.
