ЭЛЕКТРОД ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к электроискровому легированию, в частности к электродам из твердого сплава.
Увеличения срока службы изделий из железоуглеродистых сплавов является актуальной задачей. Одним из путей увеличения срока службы данных изделий является нанесение покрытия методом электроискрового легирования (ЭИЛ). В качестве инструмента, при нанесении покрытия, используются электроды. Материал электрода выбирается из условия создания необходимых свойств поверхности. Как правило, это сложные по составу и дорогие по стоимости изготовления материалы.
Известен электрод для ЭИЛ изготовленный из сплава Х40В15Р3 диаметром 4-6 мм. (патент №722719 по заявке 2662051/25-08 от 04.09.1978). Электрод изготавливается путем плавления сплава в индукционной печи, далее с помощью груши отсасывают в кварцевую трубку и охлаждают в воде.
Известен электрод-инструмент из вольфрамового стержня диаметром 1,5, 1,8, 2,0 мм и длиной 60 мм с оболочкой, состоящей из вольфрама, углерода и бора, полученной путем осаждения из газовой фазы совместным разложением соответствующих хлоридов в тлеющем разряде постоянного тока. (патент №1484519 по заявке 4307346/25-08 от 21.07.1987 г.)
Недостатком указанных технических решений является то, что электроды не могут быть использованы в полной объеме. Это связано с тем, что часть электрода, от 15 до 25% длины электрода используется для его закрепления в держателе электрода установки ЭИЛ.
Известно техническое решение, направленное на повышение использования материала электрода для электроискрового легирования, для создания функциональных покрытий. Электрод состоит из, по меньшей мере, двух скрепленных, при спекании, между собой торцами отдельных электродов одинакового поперечного сечения, каждый из которых выполнен из легирующего материала другого состава по сравнению с составом материала контактирующих с ним электродов. (Патент RU 2355521 по заявке №2007113554 от 12.04.2007 г. МПК В23Н 1/04). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком данного электрода является сложность технологии изготовления составного электрода для ЭИЛ, высокие требования к точности изготовления к электродам, так как в дальнейшем они используются в качестве пуансонов. Повышенный расход материала при изготовлении электродов из графита, они выполняются с основанием в виде ступени.
Задачей заявляемого технического решения является снижение затрат и повышение качества покрытий получаемых методом ЭИЛ.
Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении стоимости электрода из твердого сплава на основе карбида вольфрама и кобальта.
Технический результат достигается электродом из твердого сплава для электроискрового легирования, выполненного из легирующего материала, состоящий из двух электродов одинакового поперечного сечения, каждый из которых выполнен из легирующего материала другого состава, при этом легирующим материалом одной, основной, части электрода является твердый сплав, легирующим материалом второй, дополнительной части электрода является сплав, на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов из группы сплавов основного электрода, длина электрода из твердого сплава ровна не менее четырех диаметров электрода, а длина электрода, состоящего из компонентов, полученных из шлама, составляет (0,15-1,0) длины электрода из твердого сплава. Кроме этого, диаметр электрода равен (3-8) мм.
Длина электрода, состоящего из компонентов, полученных из шлама, равная (0,15-1,0) длины электрода из твердого сплавадиаметром (3-8) мм, определены опытным путем, исходя из технологии прессования, спекания и технологии ЭИЛ.
Снижение стоимости электрода достигается тем, что при изготовлении электрода, его часть, которая используется для зажима, состоит из сплава на 100% состоящего из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов, аналогичного составу твердого сплава, который используется для изготовления основного электрода. Данная часть значительно дешевле по стоимости исходного сырья, так как шлам практически не перерабатывается и не утилизируется, потому его стоимость минимальна. При изготовлении данной части электрода дополнительно не используются дорогостоящие материалы. Данный порошковый материал, на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, при минимальной технологической доработке, образует порошкообразную смесь, обладающую свойствами твердосплавных смесей. Материал, получаемый при спекании данной порошкообразной смеси, обладает физико-механическимии технологическими (режимы спекания) свойствами близкими свойствам основного твердосплавного материала получаемого из порошков по традиционной технологии. Такое сходство свойств материалов позволяет, без опасения изменения свойств покрытия, использовать весь твердосплавной электрод по назначению. При частичном или полном использовании части электрода, полученного из сплава на 100% состоящего из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов для нанесения покрытия, резкого изменения свойств не произойдет.
В настоящее время разработано и имеется на рынке большое количество установок для нанесения покрытий методом ЭИЛ. Поставка установок ЭИЛ, как правило, идет совместно с партией электродов. Электроды предлагаются из твердых сплавов одной из трех групп: сплавы группы ВК - вольфрамокобальтовые, сплавы группы ТК титановольфрамокобальтовые, сплавы группа ТТК - титанотантало-вольфрамокобальтовые. (Гончаренко И.М. Физические основы разработки и производства твердых сплавов. Модуль 1, стр. 8. Кафедра ФМТМ ИФВТ ТПУ. Методические указания, 2016 г.)
Покрытия, полученные ЭИЛ электродами из твердых сплавов, отличаются высокой микротвердостью и износостойкостью, относительно высокой коррозионной стойкостью и окисляемостью, поэтому получили широкое распространение в промышленности. В тоже время, имеется огромное количество изделий из твердых сплавов, которые подвергаются механической обработке, как правило, алмазному шлифованию. В процессе алмазного шлифования твердых сплавов образуется шлам, на 90 и более процентов состоящий из элементов обрабатываемого твердого сплава.
Авторами предлагаемого технического решения отработана технология сбора шлама алмазного шлифования твердых сплавов, и получение из него порошка, пригодного для последующего прессования и спекания. Себестоимость получения такого порошка в 6-10 раз дешевле стоимости исходных порошков твердых сплавов.
Предлагаемое решение может быть осуществлено следующим образом.
Для экспериментальной проверки заявляемой полезной модели был подготовлены составы из порошковых материалов различных четырех групп твердых сплавов, из которых были изготовлены электроды общей длиной 60 мм, диаметром равным 6 мм.
Пример 1. В качестве материала основной части электрода были использованы порошки, масс. %: карбид вольфрама - 94, кобальт - 6. В качестве материала дополнительной части электрода были использованы порошки, полученные из шлама при алмазном шлифовании сплава ВК6. Шлам был подвергнут высокотемпературному отжигу и последующему размолу. Далее в пресс-форму поочередно засыпалась вначале смесь сплава ВК6, затем 20% от общего количества смеси порошка полученного из шлама. Проводили прессование и последующее спекание заготовок при температуре 1300-1500°С в вакуумной печи.
Получали электрод для электроискрового легирования, который использовали для нанесения покрытия. Электроискровое легирование проводили на установке "Элитрон-22" с ручным перемещением электрода-инструмента. Покрытия наносили на контактные поверхности СРСП (соединитель рельсовый стыковой пружинный). На одну половину контактной площадки покрытие наносили частью электрода из твердого сплава, на вторую часть покрытия наносили частью электрода полученного из шлама при алмазном шлифовании сплава ВК6. Контактные поверхности изготовлены из углеродистой стали, после закалки имели твердость HRC(40-45) Легирование осуществляли при следующих параметрах: технологический ток, ампер - 100, емкость конденсаторов, мкф. - 1000, диаметр электрода, мм - 8, толщина легирующего слоя, мм - (10-20) мкм -, шероховатость покрытия, Ra мкм - 10, частота следования импульсов, Гц - 60. В дальнейшем проводили исследования покрытия на микротвердость, пористость, толщину покрытия.
Пример 2. В качестве материала основной части электрода были использованы порошки, масс. %: Карбид титана - 15, карбид вольфрама - 79, кобальт - 6. В качестве материала дополнительной части электрода были использованы порошки, полученные из шлама при алмазном шлифовании сплава Т15К6. Шлам был подвергнут высокотемпературному отжига и последующему размолу. Далее изготавливали электроды для и проводили исследования аналогично примера 1.
Пример 3. В качестве материала основной части электрода были использованы порошки, масс. %: Карбид титана + карбид тантала в сумме = 10, карбид вольфрама - 84, кобальт - 6. В качестве материала дополнительной части электрода были использованы порошки, полученные из шлама при алмазном шлифовании сплава ТТ10К8. Шлам был подвергнут высокотемпературному отжигу и последующему размолу. Далее изготавливали электроды для и проводили исследования аналогично примера 1.
Результаты исследования покрытий представлены в таблице 1.
Результаты исследований покрытий нанесенных предлагаемым электродом показывают, что покрытия нанесения электродами из различных твердых сплавов, содержащих карбид вольфрама, отличаются по свойствам покрытий. Максимальную микротвердость имеют покрытия из сплава ВК6 и ТТ10К8, такая же тенденция сохраняется и для покрытий полученных из сплавов спеченных на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования соответствующих твердых сплавов. Такая же тенденция сохраняется и при исследовании шероховатости покрытия и толщины покрытия.
Полученные результаты показывают возможное снижение затрат и получение качественных покрытий электродами, легирующим материалом одной основной части электрода является твердый сплав, легирующим материалом второй дополнительной части электрода является сплав, на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов из группы сплавов основного электрода, когда основной электрод полностью вырабатывается, и покрытие наносится частью электрода из более дешевого материала.