ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к электродным материалам для электроискрового легирования металлических поверхностей.
Для поверхностного упрочнения металлических поверхностей используются специальные электроды, расплавленные капельки которого переносятся на упрочняемую деталь.
Известен электрод из твердого сплава ВК8, содержащий в масс.%: карбид вольфрама - 92, кобальт - 8 (1, ГОСТ 3882-74). При легировании электродами из такого сплава обеспечиваются следующие характеристики покрытия: микротвердость - 14,5 ГПа, сплошность - до 90%, толщина наносимого слоя за один проход - до 0,10 мм
Известна шихта для электрода, содержащая следующие компоненты в мас.%: карбид вольфрама 73,6-87,4; кобальт 6,4-7,6; хром 0,8-3,2; кремний 0,165-0,64, железо 0,2-0,8, никель - остальное [2, журнал "Электронная обработка материалов", 1990, №2, с.25-29]. Введение композиционного порошка на основе никеля в исходную смесь карбида вольфрама и кобальта позволяет улучить характеристики легированного слоя, однако предел вводимой добавки ограничен невысокой механической прочностью электродного материала.
Наиболее близким к предлагаемому является электрод для электроискрового легирования, включающий карбид вольфрама, кобальт и 25-50 мас.% композиционного порошка дисперсностью =30 мкм, содержащего, масс.%: никель - 73, хром - 16, бор - 3,5, кремний - 4,0, железо - 3,5 [3, патент РФ №2129619, С22С 29/08, 1999]
Недостатками известного состава электрода являются: во-первых, сложность его получения, обусловленная многостадийностью, использованием многокомпонентной связки и ограничениями по дисперсности порошка; во-вторых, низкая микротвердость получаемого при электроискровом легировании покрытия, которая составляет 13,0-17,98 ГПА.
Таким образом, перед авторами стояла задача изготовить электрод для электроискрового легирования, способ получения которого
не отличался бы сложностью, а упрочняющее покрытие, полученное электроискровым легированием, характеризовалось высокой микротвердостью.
Поставленная задача достигается тем, что электрод для электроискрового легирования, содержащий карбид титана, кобальт и другие химические элементы, согласно полезной модели, он дополнительно содержит борсодержащий компонент в виде ферробора, электрод также выполнен полым и обдуваемым охладителем с внутренней и внешней стороны, кроме того он выполнен с покрытием в виде электрокорундовой обмазки толщиной 0,3-2,0 мм.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где показан электрод для электроискрового легирования с покрытием.
Электрод для электроискрового легирования состоит из материала электрода 1 и нанесенного на него покрытия 2. Для охлаждения и постоянного обдува электрод выполнен сквозным и имеет полость 3.
Сущность полезной модели заключается в том, что для повышения прочности и защиты поверхности от окисления окружающим воздухом, электрод выполнен с покрытием, а в качестве защитного компонента используют электрокорундовую обмазку, толщина наносимого покрытия составляет 0,3-2,0 мм. Для хорошего охлаждения электрод выполнен полым.
Защитить поверхность электрода от окисления окружающим воздухом предлагается за счет создания поверхностного слоя, стойкого к окислению и, по возможности, достаточно твердого.
Преимущество предлагаемого технического решения заключается в том, что, благодаря использованию электродов с покрытием значительно снижается температура нагрева материала электрода, что в свою очередь уменьшает эрозионную стойкость электрода, увеличивает массоперенос и соответственно эффективность процесса. Для эффективного охлаждения электрод выполняют трубчатым и охладитель подается во внутрь электрода.
Обусловленные требования к шихте для изготовления электрода для электроискрового легирования обусловлены получением беспористого, плотного и токопроводящего электрода для получения качественного покрытия.
Предлагаемое техническое решение может быть осуществлено следующим образом.
Пример
Для экспериментальной проверки заявляемой полезной модели был подготовлен состав из порошковых материалов.
В качестве материалов были использованы материалы, %: карбид титана - 55, кобальт - 30, ферробор - 15.
2
Исходные материалы тщательно перемешивались к конусном смесителе в течении 1 час. Приготовленную смесь смешивали с пластификатором (5% раствор синтетического каучука в бензине) и затем поместили в неэлектропроводящую форму, выполненную, например, из кварцевого стекла. Форму поместили в рабочую камеру машины конденсаторной сварки, где проводили одновременное прессование на гидравлическом прессе с усилием 0,8-1,5 т/см и спекание шихты при температуре 1100-1400°С в вакуумной печи.
Затем на поверхность полученного спеченного электрода нанесли методом обмазки защитное покрытие, а в качестве покрытия использовали электрокорундовую обмазку толщиной 1,5 мм, после чего электрод опять поместили в печь и сушили при температуре 1150°С в течении 3-х часов.
Получили электрод для электроискрового легирования, который использовали для нанесения электроэрозионного покрытия, обладающего высокими рабочими характеристиками. Электроискровое легирование проводили на усовершенствованной установке "Элитрон-22" с автоматизированным перемещением электрода-инструмента. Легирование осуществляли при следующих параметрах:
- скорость перемещения суппорта с устройством
- легирования, мм/ сек.
- 1
- технологический ток, ампер
- 100
- емкость конденсаторов, мкф.
- до 1000
- напряжение холостого хода, вольт
- 90
- диаметр полого электрода, мм
- 8
- скорость обработки, см<sup>2</sup>/ мин
- до 3,5
- толщина легирующего слоя, мм
- 0,2
- шероховатость покрытия, Ra мкм
- 10,0
- частота следования импульсов, Гц
- 60
- газ охладитель
- сжаты воздух
Электродами из полученных материалов легировали ножи деревообрабатывающего станка, имеющие форму узкой прямоугольной пластины толщиной 4 мм и с размерами 50×500 мм. Ножевая пластина была изготовлена из рядовой углеродистой стали. Электроискровой обработке подвергалась большая поверхность ножа,
начиная от режущей кромки на всю длину пластины и шириной, равной половине ширины пластины.
Используя микроскоп типа МПБ-2 с 24 кратным увеличением установили, что, благодаря исключения окисления электрода кислородом воздуха, вся поверхность имела равномерное электроэрозионное покрытие, между отдельными участками разрывов не наблюдалось.
При необходимости легирование можно повторить методом наложения 2-го упрочняющего слоя.
Результаты исследования покрытий представлены в таблице №1. Они показывают, что, при электроискровом легировании борсодержащими электродами с электрокорундовым покрытием, износостойкость ножей значительно превышает износостойкость упрочненных ножей при использовании электродов без покрытия.
Таблица №1
Результаты исследования покрытий
Вид электрода
ρ, мкм
, мкм
Интенсивность изнашивания
Коэффициент трения
Бор содержащий без покрытия, полый
175
3,2×10<sup>-2</sup>
6,05×10<sup>-11</sup>
0,19
Бор содержащий, полый с электрокорундовой обмазкой
255
3,2×10<sup>-2</sup>
3,15×l0<sup>-11</sup>
0,12
Благодаря использованию борсодержащих электродов, выполненных полыми и обдуваемыми охладителем, с нанесенным покрытием на основе электрокорундовой обмазки толщиной 0,3-2,0 мм, удалось увеличить толщину легированного слоя, повысить сплошность покрытия, его сцепляемость с основным металлом и повысить производительность процесса.
Эксплуатационная стойкость обработанных деревообрабатывающих ножей увеличилась в 1,8-2,4 раз.
Использование предложенных электродов с покрытием на основе электрокорундовой обмазки исключает стадию обработки электродов, снижает влияние процессов вторичного окисления, позволяет варьировать составом в широком интервале концентраций компонентов.
Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен состав шихты для изготовления электрода для электроискрового легирования, изготовленный по предлагаемому техническому решению и отвечает требованиям критерия "новизна".
Техническое решение может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".