ОБЗОР ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ

23. Кузнецов И.С., Прокошина Т.С. Повышение износостойкости пальцев жаток зерноуборочных машин // Энергосберегающие технологии и техника в сфере АПК: сборник материалов к Межрегиональной выставке-конференции. 2011. С. 192-196.

24. Кузнецов И.С. Электроискровая технология упрочнения деталей режущего аппарата жаток электродами из аморфных и нанокристаллических сплавов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Саранск, 2013.

24. Кузнецов И.С., Прокошина Т.С. Анализ состояния изношенных пальцев жаток современных зерноуборочных комбайнов // Агротехника и энергообеспечение. 2017. Т. 2. № 14 (1). С. 5-11.

25. Кузнецов И.С. Расчетная оценка сопротивления искрового канала при электроискровой обработке // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 8 (140). С. 26-29.

26. Кузнецов И.С., Коломейченко A.B., Малинин В.Г. Восстановление посадочных мест под подшипники электроискровой обработкой // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2017. № 8. С. 20-22.

27. Калита В.И., Комлев Д.И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой: монография. М.: Лидер М, 2008. 388 с.

УДК 621.9.048

ОБЗОР ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ

Семешина Е.Н., магистрант 1 курса направления подготовки 35.04.06 «Агроинженерия» Добычина И.С., аспирант 3 года обучения направления подготовки 06.06.01 «Биологические науки» Багринцев О.О., аспирант 1 года обучения направления подготовки 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве»

ФГБОУ ВО Орловский ГАУ

АННОТАЦИЯ

Описана технология восстановления корпуса JD Z12798 подшипника измельчителя, комбайна Jonh Deer. Технология заключается в нанесение на изношенное посадочное место электроискрового покрытия электродом из твердого сплава ВК6 - ОМ. Технология позволяет получать износостойкое покрытие, имеющее сплошность 80%, толщину 120 мкм, и шероховатость равную Ra 3,2 мкм. Определенно рациональное время для электроискровой обработки ЭИО равное 6 мин/см2.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Электрическая эрозия, микротвердость, электродный материал, электроискровая обработка, электроискровое покрытие.

ABSTRACT

The article describes the technology recovery bearing housings. The technology consists in applying to the worn seat electrospark coating of alloy VK6 - OM. The technology allows to obtain a durable coating having a solidity of 80%, a thickness of 120 ^m, and a surface roughness equal to Ra 3,2 ^m. Definitely time for a rational electrospark deposition of 6

min/cm2.

KEY WORDS

Electrical erosion, microhardness, electrode material, electrospark deposition, electrospark coating.

Одним из основных факторов, определяющих эффективность процесса электроискровой обработки (ЭИО), является выбор материала электрода, который должен обладать достаточной прочностью при изгибе и разрыве, хорошей электропроводностью, максимально допустимой электрической эрозией, способствующей наибольшему переносу легирующего материала на упроченную поверхность, и содержать в своем составе компоненты, необходимые для получения упроченного слоя с заранее заданными химическими и физико-механическими свойствами.

Для получения электроискровых покрытий (ЭИП) с высокой износостойкости в настоящее время на деталях и инструменте применяют, главным образом, тугоплавкие металлы и их соединения, например, твердые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана с кобальтовой или никель-молибденовой связкой. Покрытие, полученное при ЭИО инструментов обладает достаточно высокой твердостью и износостойкостью при резании и других видах механической обработки. На данный момент проведено много исследований влияния содержания связующего элемента и размера зерна твердых сплавов на привес катода. Так, Золотых Б.Н. писал, что наибольшая величина привеса катода наблюдается для низко- и высококобальтовых сплавов, независимо от времени их обработки. Это объясняется тем, что при ЭИО эрозия анода из низкокобальтовых сплавов лишь частично происходит за счет испарения, а большая её часть - за счет хрупкого разрушения. В случае ЭИО высококобальтовыми сплавами ВК20 и ВК25, которые содержат большую долю легкоплавкого кобальта, эрозия анода проходит преимущественно за счет его плавления и испарения. В тоже время,среднекобальтовые сплавы, содержащие оптимальное сочетание хрупкой ^С) и легкоплавкой (Со) фаз, обладают большей эрозионной стойкостью и соответственно меньшим привесом катода. Некоторые авторы утверждают, что с увеличением размера зерна до 2-3 мкм привес катода повышается, а при дальнейшем увеличении размера зерна (до 8 мкм) -уменьшается. Это объясняется тем, что с уменьшением величины карбидных зерен вольфрама их электроэрозионная стойкость повышается, и соответственно перенос материала анода снижается. Если твердый сплав, например ВК6В, крупнозернистый (величина карбидных зерен ~ 5 мкм), привес катода понижается, но уже за счет малого коэффициента переноса эродированного материала. В работе [1] проведено сравнение покрытий, полученных из электрода ВК8 и электрода того же состава (92% WC - 8% Со), но с размером карбидного зерна 70-100 нм и с удельной поверхностью 17 м2/г. Показано, что структура электродного материала сильно влияет на состав, структуру и свойства ЭИП (твердость, модуль упругости, шероховатость, коэффициент трения, износостойкость). Наноструктурный электродный материал обладает более высокой эрозионной способностью. Условием его высокой эрозионной способности является: высокая доля границ раздела зерен; равномерность распределения наночастиц по границам зерен тугоплавкой фазы. При использовании наноструктурного электрода содержание карбидной фазы (Л, W)C + W2C в покрытии увеличивается с 60 до 95%, в результате чего твердость увеличивается с 6 до 12 ГПа, а коэффициент трения уменьшается с 0,7 до 0,3.

Однако по критериям твёрдости легирующего электрода приемлемо использование для получения износостойких покрытий, то применительно к покрытиям специального назначения (жаростойким, коррозионностойким и т.д.), непригодно. Кроме того, твёрдые сплавы на основе карбида вольфрама сравнительно неэффективны для ЭИО в связи с их высокой эрозионной стойкостью, а твёрдость легированного слоя, полученного при ЭИО твёрдыми сплавами, в некоторых случаях может быть соизмерима с твёрдостью слоя, полученного ЭИО металлами и графитом. В настоящее время в связи с ростом цен на вольфрам возникает потребность в применении новых материалов, способных повысить физико-механические и эксплуатационные свойства покрытий, полученных ЭИО. Так, в работе [2] проведены исследования покрытий на основе карбонитрида титана. Электроды для образования этих покрытий получены спеканием карбонитрида титана в связке на N - Мо основе. Авторы проводили исследования твердости и износостойкости, и пришли к выводу, что твердость таких

покрытий может достигать 12 ГПа, а с использованием новых композиционных материалов (карбонитрида титана) износостойкость увеличивается в 1,5 раза.

В работе [3] для обработки ЭИП и придания им улучшенных триботехнических свойств использовали два типа углеродосодержащих материалов: мелкопористый графит (МПГ) и двумерный композиционный материал углерод - углеродное волокно (КМУУ). КМУУ получают из препегов на основе полиакрилонитрильного волокна. Волокна выкладывают в двух перпендикулярных направлениях и пропитывают связующим (каменноугольный пек или формальдегидная смола) с последующей термической обработкой. ЭИО такими материалами приводит к снижению шероховатости поверхности. Так при использовании МПГ, шероховатость исходного ЭИП, образованного сплавом ВК8, уменьшается на 54%, а при обработке электродом КМУУ - на 60%. Данный факт обусловлен, как сглаживанием бугров, вследствие их оплавления под действием энергии импульсного разряда, так и заполнением графитом пор и микронеровностей на внешней поверхности. По данным микрорентгеноспектрального анализа верхнего слоя толщиной 6-8 мкм, образовавшегося в результате ЭИО покрытия углеродным электродом, в ЭИП содержится от 90 до 65% атомов углерода. Поэтому ЭИО поверхности ЭИП графитом и двумерным углеродом - углеродным композитом - ведет к снижению коэффициента трения и росту износостойкости за счет снижения шероховатости, изменения фазового состава покрытий и появления свободного углерода, выполняющего роль твердой смазки.

Есть работы, в которых представлены сведения о структуре, фазовом составе и физико-механических свойствах ЭИП, полученных из эвтектических сплавов. В работах ЭИП наносили электродами из порошковых эвтектических сплавов на железной P-C) и никелевой (Ni-Cr-B-Si-C) основах. Образование на поверхности белого нетравящегося слоя переменной толщины наблюдается после ЭИО стали 30ХГСА. В покрытии помимо аморфной фазы, присутствуют кристаллические фазы,. Одной из причин Неполная аморфизация может быть за счет растворения в рассматриваемом слое большого количества металла основы, так как при этом, помимо переноса капель с анода на катод, происходит оплавление катода. Поэтому химический состав покрытия значительно отличается от химического состава материала электрода. Кроме того, частично выгорают легкие элементы - углерод и фосфор. Отклонение химического состава ЭИП от состава электрода затрудняет получение аморфной структуры, но может облегчить образование метастабильных кристаллических фаз. При исследовании покрытий с аморфно-кристаллической структурой на машине торцевого трения без смазочного материала было установлено, что износ исследуемых покрытий в 2-3 раза меньше линейного износа в сравнении с цианированнойсталью 30ХГСА и на 5-10% меньше износа ЭИП, полученных электродом из сплава ВК8.

В работе [4] в качестве материала анодов авторы использовали переходные металлы групп) и их бориды, а также износостойкую композиционную керамику

«ЦЛАБ2» на основе ГгВ2 системы ГгВ2 - ZrSi2 - LaB6 со связкой М-^-А! (30 мол.%) и «ТВСЗ» системы (ТЮ - ^2) со связкой М-^-А! (30 мол.%). В данной работе авторы доказывают, что данные электродные материалы являются многообещающими для ЭИО. Однако необходимо отметить, что данные исследования направлены в основном на повышение жаростойкости материалов.

Исследования в области создания и применения новых материалов для ЭИО определяют перспективу снижения себестоимости образуемого модифицированного слоя, улучшения физико-механических свойств получаемых ЭИП и развития способа ЭИО в целом. Одним из направлений снижения себестоимости является создание материалов из минерального сырья на основе модифицированного вольфрама с одновременным его легирование Сг, N Со, Гг, Fe. Исследования в этой области материаловедения, как правило, позволяют добиться существенного снижения себестоимости образуемого модифицированного слоя.

В работах [4-26] рассматривается применение в качестве электродных материалов аморфных и нанокристаллических сплавов, имеющих высокую твердость,

прочность, пластичность и одновременно обладающих уникальными теплофизическими свойствами, позволит повысить толщину наносимого слоя и производительность процесса. С их помощью, возможно получать ЭИП с аморфной или нанокристаллической структурами, обладающие высокими физико-механическими свойствами и износостойкостью [5, 13, 14, 19, 23]. Отсутствие научно-технической информации о влиянии химического состава аморфных и нанокристаллических сплавов на показатели качества, износостойкость ЭИП и процесс ЭИО в целом ведет к необходимости проведения научных исследований в этом направлении.

Выводы. Обзор традиционных материалов, применяемых для ЭИО, показал, что наиболее распространены электродные материалы на основе маталлокерамических композиций. Наиборлее перспективными и мало изученными электродными материалами являются аморфные и нанокристаллические сплавы.

Библиография:

1. Упрочнение деталей и инструмента методом электроискрового легирования с применением новых электродных материалов / Е.И. Замулаева, Е.А. Левашов, А.Е. Кудряшов [и др.] // Технологии ремонта, восстановления, упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: мат. 8 междунар. практ. конф.- выст. СПб., 2006. Ч. 2. С. 200-209.

2. Новые композиционные материалы для электроискрового легирования / С.Г. Купцов, Д.В. Мухинов, М.В. Фоминых [и др.] // Ремонт, восстановление, модернизация. 2007. № 7. С. 18-19.

3. Замулаева Е.И., Левашов Е.А., Еремеева Ж.В. Углеродсодержащие и наноструктурные WC - Co электроды для электроискрового модифицирования поверхности титановых сплавов // Технология металлов. 2008. № 11. С. 24-31.

4. Создание защитных покрытий на вольфрамсодержащих твёрдых сплавах электроискровым легированием металлами и боридами / А.Д. Верхотуров, П.С. Гордиенко, И.А. Подчерняева [и др.] // Перспективные материалы. 2010. № 4. С. 88-94.

5. Коломейченко A.B., Кузнецов И.С. Теория и практика электроискрового упрочнения режущих деталей машин аморфными и нанокристаллическими сплавами: учеб. монография // Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2015. 174. c.

6. Павлов В.З., Коломейченко A.B., Кузнецов И.С. Оценочные показатели электроискровой обработки при упрочнении и восстановлении деталей: Скорость дрейфа заряженных частиц // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 7. С. 52-54.

7. Коломейченко A.B., Павлов В.З., Кузнецов И.С. О движении заряженных частиц между электродами при электроискровой обработке // Труды ГОСНИТИ. 2012. Т. 110. Ч. 2. С. 128-134.

8. Коломейченко A.B., Павлов В.З., Кузнецов И.С. Определение скорости дрейфа заряженных частиц между электродами при электроискровой обработке // Мир транспорта и технологических машин. 2012. № 2. С. 24-30.

9. Кузнецов И.С., Павлов В.З., Коломейченко A.B. Расчет размера искровых разрядов при электроискровой обработке деталей сельскохозяйственных машин // Russian Journal of Agricultural and Socio-Economic Sciences. 2012. T. 7. № 7. C. 13-15.

10. Коломейченко A.B., Павлов B.3., Кузнецов И.С. Оценка размера искровых разрядов между электродами при электроискровой обработке деталей // Труды ГОСНИТИ. 2013. Т. 112. № 1. С. 75-79.

11. Коломейченко A.B., Павлов В.З., Кузнецов И.С. Оценка мощности поверхностных тепловых источников, возникающих при электроискровой обработке деталей машин// Труды ГОСНИТИ. 2013. Т. 112. № 2. С. 143-149.

12. Коломейченко A.B., Кузнецов И.С. Структура электроискровых покрытий из аморфных и нанокристаллических сплавов // Труды ГОСНИТИ. 2014. Т. 115. С. 161-166.

13. Kolomeichenko A.V., Kuznetsov I.S. Tribotechnical properties the electrospark coating of amorphous and nanocrystalline alloys based on iron // Friction and wear. 2014. Vol. 35. No. 6. P. 501-504.

14. Kolomeichenko A.V., Kuznetsov I.S., Kravchenko I.N. Investigation of the thickness and microhardness of electrospark coatings of amorphous and nanocrystalline alloys // Welding International. 2015. Vol. 29. No 10. P. 823-825.

15. Коломейченко A.B., Кузнецов И.С., Кравченко И.Н. Исследования толщины и микротвердости электроискровых покрытий из аморфных и нанокристаллических сплавов // Сварочное производство. 2014. № 10. С. 36-39.

16. Коломейченко A.B., Кузнецов И.С. Упрочнение электроискровой обработкой режущих кромок зерноуборочных машин // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2013. Т. 40. № 1. С. 187-190.

17. Коломейченко A.B., Кузнецов И.С. Определение рационального времени электроискровой обработки пальцев жаток зерноуборочных комбайнов электродом из аморфного сплава марки 84КХСР // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 124. № 3. С. 35-39.

18. Хромов В.Н., Кузнецов И.С., Петрашов A.C. Электроискровая обработка поверхностей деталей как способ получения износостойких покрытий из объёмных наноструктурированных частиц // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. № 4. С. 23-26.

19. Коломейченко A.B., Кузнецов И.С. Результаты эксплуатационных испытаний деталей режущего аппарата зерноуборочных машин, упрочненных электроискровой обработкой электродом из аморфного сплава 84КХСР // Труды ГОСНИТИ. 2013. Т. 111. № 1. С. 91-95.

20. Хромов В.Н., Кузнецов И.С., Петрашов A.C. Электроискровая обработка поверхностей деталей для создания износостойких объёмных наноструктурированных покрытий на режущих деталях сельхозтехники // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2009. Т. 16. № 1. С. 6-8.

21. Коломейченко A.B., Кузнецов И.С. Получение износостойких электроискровых покрытий с нанокристаллической и аморфной структурой // В сборнике: Нанотехнологические разработки аграрных вузов Каталог. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса» (ФГБНУ «Росинформагротех»). Москва, 2013. С. 57-60.

22. Кузнецов И.С., Прокошина Т.С. Повышение износостойкости пальцев жаток зерноуборочных машин // Энергосберегающие технологии и техника в сфере АПК: Сборник материалов к Межрегиональной выставке-конференции. 2011. С. 192-196.

23. Кузнецов И.С. Электроискровая технология упрочнения деталей режущего аппарата жаток электродами из аморфных и нанокристаллических сплавов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Саранск, 2013.

24. Кузнецов И.С., Прокошина Т.С. Анализ состояния изношенных пальцев жаток современных зерноуборочных комбайнов // Агротехника и энергообеспечение. 2017. Т. 2. № 14 (1). С. 5-11.

25. Кузнецов И.С. Расчетная оценка сопротивления искрового канала при электроискровой обработке // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 8 (140). С. 26-29.

26. Кузнецов И.С., Коломейченко A.B., Малинин В.Г. Восстановление посадочных мест под подшипники электроискровой обработкой // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2017. № 8. С. 20-22.