Введение к работе
Актуальность пробчемы. В условиях становления и упрочнения рыночных отношений вопросы повышения эксплуатационных характеристик конструкционных и инструментальных материалов и соответственно изделий из них стоят для производителя машиностроительной продукции на одном из первых мест
Проблема улучшения функциональных характеристик и качества деталей машин, приборов и иисфумептл может успешно решаться, прежде всего, путем обеспечения достаточного уровня физико-механических свойств материалов, из которых они изготовлены
В настоящее время для решения этой проблемы существует ряд путей Это термическое и химико-термическое воздействие на металл, нанесение многофункциональных покрытий, поверхностное и объемное пластическое деформирование Совмещение и комбинирование процессов упрочняющей отделочно-упрочняющей и химико-термической обработки
Для реализации различных способов обработки требуется комплексный подход в решении задач повышения эксплуатационных свойств материалов требующий разработку новых и совершенствование уже имеющихся технологий
Решение этих за\ач видится в направлении создания многослойных покрытий, в которых объединяются возможности различных технологий Технология нанесения покрытий, рас^мафивлемых в настоящей работе, представлена двумя методами термохимическое диффузионное упрочнение - борирование, электрофизическая обработка - электроискровое легирование (ЗИЛ) и его разновидность локальное этектроискровое нанесение покрытий (ЛЭНП)
Качество покрытий, определяет ихэксплуатдционные показатели Практически все эксплуатационные характеристики, включая износо-, жаро- и коррозионную стойкость и др , зависят оі состава покрытия, так и от его структуры Поры, микротрещипы, значительные внутренние напряжения в покрытиях, недостаточное качество их поверхности снижаю і эти показатели - характеристики
Общеизвесию положительное влияние комбинированной обработки, сочетающей нанесение покрытий с последующей финишной обработкой лазером или выглаживанием, приводящее к повышению качества поверхностных слоев и изменению в положительную стропу их физико-механических свойств
Вопрос же о повышении качества рассматриваемых покрытий без улучшения их структуры остается нерешенным'
Все выше сказанное является резервом на пути создания научно-обоснованных технологий а также новых конструкционных материалов и покрытий Учитывая, что нанесением покрытий можно значитстьно увеличить срок службы детали, или инструмента, и обеспечить им ряд других дополнительных полезных характеристик, эта технология может явиться одним из главных направлений получения композиционных материатов
Таким образом, задача повышения эксплуатационных характеристик конструкционных материалов применением диффузионных боридных и электроискровых покрытий порошковыми сплавами на основе никеля, лазерной и финишной обработки является актуальной, как в научном, так и в прикладном
4 аспекте Тема входит в координационный план научно-исследовательских работ по «Реализации региональных научно-технических программ Центральночерноземного района России»
Целью работы, является разработка на научной основе технологических принципов формирования диффузионных боридных и электроискровых покрытий, установление влияния основных структурных параметров покрытий на эксплуатационные характеристики, определение оптимальных условий нанесения и работы покрышй, \ пучшенне струкп ры и свойств данных покрытий чазернои и финишной обработками
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи Исходя из цели работы поставлены и решены следующие задачи
1 На основании обобщения, систематизирования литературных данных и
собственных исследований провести анализ физико-химических процессов
различных стадий формирования боридных покрытий Изучить процесс
формирования диффузионных боридных покрытий при электролизном борировании
никеля, кобальта и ряда сплавов па их основе
2 Исследовать влияние атомного радиуса легирующего элемента на диффузию бора
в кобальте и диффузию бора из катодного осадка при электролизном борировании,
разработать механизм трещииообразования в боридных покрытиях, изучить
электродные реакции и выявить продукты выделения при электролизе буры
3 Выбрать и обосновать состав электродного материала для локального
электроискрового нанесения покрытий (ЛЭНП) на спеченные сплавы на титановой
основе Оптимизировать режимы электроискровой обработки - ЛЭНП по эрозии
электрода и шероховатости поверхности
Изучить влияние структуры ЛЭНП из порошковых самофлюсу гощнхся сплавов на никелевой и железной основе на главные эксплуатационные характеристики изделий из спеченного титанового става с покрытиями, выявить главные структурные элементы определяющие повышение эксплуатационных характеристик покрытий
Исследовать влияние лазерной обработки и выглаживания на эксплуатационные показатели (износо-, коррозионную стойкость и адгезионную прочность) и качество поверхности покрытий и уровень остаточных напряжений
Методы исследования Для достижения поставленной цели использовались теоретические и экспериментальные металлофизические методы При проведении экспериментов использовались методы математической статистики и теории вероятностей, а также методы определения физико-механических и ряда других свойств покрытий о которых бо теє подробно будет сказано ниже
Научная новизна исследования. В работе получены следующие основные научные результаты
на основе теоретических и экспериментальных исследований развиты фундаментальные представления о формирование и строение диффузионных и электроискровых покрытий,
разработаны основные принципы управления структурными факторами подложки и покрытия определяющие повышение эксплуатационные характеристики (износо-, коррозионная стойкость) композита,
- теоретически получены модели зависимости глубины борироваиного слоя от
состава S от состава и концентрации легирующего элемента,
- теоретически рассчитаны эффективные коэффициенты D| * , Do и а
определяющие скорость роста боридного слоя в кобальте и двойных сплавах,
методом наименьшего стандарт мого отклонения проведен анализ зависимости концентрационного коэффициента а от радиуса легирующего элемента и проведена оценка тпфф\ зии бора р тегированном кобальте
на\ чно обоснованы техно югические процессы диффузионного борирования и элекфоискрового легирования, обеспечивающие повышение эксплуатационных показателей композиционного материала,
- изучена взаимосвязь сіруктурьі поверхностных слоев после лазерной и
финишной (выглаживания) обработками с особенностями технологии и вскрыты
перспективы создания комбинированной технологии упрочнения изделий в
машиностроении для повышения их надежное! и и долговечноспі
Практическая значимое п.
Разработаны эффективные технологии и выработаны практические рекомендации получения композиционных материалов с диффузионными борндными и электроискровыми покрытиями с повышенными эксплуатационными характеристиками (износо, жаро и коррозионной стойкостью)
Показана эффективность термоциклической обработки (ТЦО) для порошковых псевдо-а-титановых сплавор
Намечены пути дальнейшего совершенствования электроискрового легирования путем лазерной и финишной (выглаживание) обработками ЛЭН покрытий, нанесенных на детали из спеченных титановых сплавов
Основные выводы работы подтверждаются полупромышленными испытаниями Ч'езутьтаты работы внедряются на предприятиях г г Воронежа и Курска
Достоверность результатов исследований основных научных положений и выводов по работе обеспечивается корректностью постановки задач, согласованностью поточенных результатов с общепринятыми представлениями теории и практики термической, химико-термической обработки (ХТО) и электроискрового легирования, хорошим совпадением экспериментальных данных и теоретических расчетов, систематическим характером экспериментальных исследований Достоверность результатов работы основывается на комплексном использовании современных металлофизических методах исследовании, применением их в соответствии с действующими ГОСТами и сучетом особенностей изучаемых объектов, а также использованием методов математической статистики при обрабоїке результатов с применением ПЭВМ, использованием независимых дублирующих экспериментальных методов
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и
обсуждены на IX международной научно-технической конференции «Медико-
экологические информационные технологии - 2006» (Курск, 2006 г), IV
международной научно-технической конференции «Современные
инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2006 г), XIII Российской научно технической конференции «Магериалы и упрочняющие технологии - 2006» (Курск, 2006 г ), 6 - ой международной научно-технической ингернег-конференцим «Новые матсриапы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2006г ), XLIV и XLV отчетной научной конференции Воронежской государственной технологической академии 2006 и 2007 г г соответственно
Публикации По геме диссертации опубликовано 17 печлпплх работ інних самостоятельно одна, остальные в соавторстве, одна в журнале рекомендуемом перечнем ВАК РФ
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех і лав, основных выводов и результатов работы, заключения и библиографического списка Общий обьем работы составляет 125 стр машинописного текста иллюстраций _30_, таблиц _10_. литературных ссылок 125
