СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЯХ
METHOD OF PRODUCING WEAR RESISTANT SURFACE LAYER ON STEEL PARTS

Изобретение относится преимущественно к области электрофизической обработки, в частности к электроискровому упрочнению стальных поверхностей, и может быть использовано для повышения износостойкости поверхностей трения прецизионных деталей машин и инструментов.
Известен способ повышения износостойкости поверхностей трения электроискровой обработкой в воздушной среде с использованием твердосплавных легирующих электродов [Гитлевич А.Е. Электроискровое легирование металлических поверхностей / А.Е.Гитлевич, В.В.Михайлов, Н.Я.Парканский, В.М.Ревицкий. - Кишинев: Штиинца, - 1985, - с.42-43].
Несмотря на преимущества, известный способ повышает износостойкие и антифрикционные свойства поверхностей стальных деталей машин и инструментов в недостаточной степени и не обеспечивает необходимой долговечности узлов трения.
Известен способ обработки рабочих поверхностей деталей узлов трения для придания им износостойких свойств электроискровым легированием (ЭИЛ), наиболее близкий по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению, принятый за прототип [пат. 2319790, РФ, МПК C23C 28/00. Способ обработки рабочей поверхности детали узла трения для придания ей износостойких и антифрикционных свойств / А.В.Беляков, В.М.Кремешный].
В предложенном способе износостойкое покрытие получают методом ЭИЛ медным электродом с последующим шлифованием покрытия и пассивацией его в растворе окислителя. На сухую обработанную поверхность наносят композицию, содержащую следующие компоненты: медь, политетрафторэтилен, борат гликоля, мыльную пластичную смазку. Указанную композицию периодически наносят в режиме эксплуатации узла трения.
Однако формирование износостойкого покрытия указанным комбинированным способом является трудоемким и экономически затратным. Кроме того, при шлифовании покрытия, созданного ЭИЛ, в указанных пределах съема (10-30%) необходима достаточно высокая точность выполняемой технологической операции и прецизионное оборудование. В предлагаемой технологии требуется периодическое нанесение композиции в процессе эксплуатации узла трения, что связано с дополнительными затратами труда.
Задачей изобретения является разработка способа повышения эффективности электроискрового упрочнения поверхностей узлов трения, обеспечивающего формирование поверхностного слоя, обладающего высокими износостойкими и антифрикционными свойствами.
2
Указанный технический результат достигается тем, что в процессе электроискрового легирования в область между легирующим электродом и обрабатываемой поверхностью подается кислород. При этом соблюдаются следующие технологические режимы: энергия в импульсе Е=0,25 Дж; амплитудное значение напряжения U=48 В при частоте импульсов 400 Гц; длительность разряда τ=120 мкс; время обработки t=2 мин/см; легирующий электрод из твердого сплава ВК6М.
µ
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемой таблицей, в которой приведены характеристики поверхностного слоя, полученного при ЭИЛ быстрорежущей стали электродом ВК6М с энергией в импульсе Е=0,25 Дж (микротвердость основы H=5,88±0,1 ГПа).
a
Заявляемый способ заключается в следующем. При введении в межэлектродное пространство кислородсодержащей среды повышается теплосодержание эрозионных частиц легирующего электрода, что приводит к увеличению глубины зоны термического влияния в поверхностном слое. В связи с тем, что атомный радиус кислорода r=1,36 нм, а размеры октаэдрических пустот кристаллической решетки железа равны 1,25 нм, реализуется твердорастворный и дислокационный механизмы упрочнения, повышая микротвердость и износостойкость формируемого поверхностного слоя.
µ
µ
2
Пример. В соответствии с предлагаемым способом была упрочнена стальная поверхность металлорежущих пластин резцов из стали Р6М5. Микротвердость рабочей поверхности пластины после шлифования составляет H=5,0÷6,0 ГПа. Обработка выполнялась легирующим электродом из твердого сплава ВК6М в среде кислорода с параметрами ЭИЛ-энергия в импульсе Е=0,25 Дж, амплитудное значение напряжения U=48 В при частоте импульсов 400 Гц, длительность разряда τ=120 мкс, время обработки t=2 мин/см, что обеспечивает уменьшение коэффициента трения до 0,1 с микротвердостью поверхностного слоя H=20,7 ГПа [Коротаев Д.Н. Управление качеством формирования эксплуатационных параметров поверхностей при упрочнении электроискровым легированием / Д.Н.Коротаев, Ю.Б.Никитин, Е.В.Иванова // Известия вузов. Машиностроение. - 2003. - №.4. - С.65-69]. Результаты сравнительных испытаний упрочненных металлических пластин из быстрорежущей стали Р6М5 приведены в таблице.
Таблица
Параметры поверхностного слоя
Межэлектродная газовая среда
Воздух
Кислород
Толщина слоя, ±5 мкм
45
30
Микротвердость, ГПа
11,45
20,7
Плотность дислокаций, ×10<sup>11</sup>, см<sup>-2</sup>
24,2
29,6
Коэффициент трения (при нагрузке Р≈16 МПа)
0,2
0,1
Таким образом, применение предлагаемого способа электроискрового упрочнения стальных поверхностей по сравнению с прототипом позволяет на рекомендуемых технологических режимах обработки обеспечить существенно меньшие значения среднего коэффициента трения и повысить износостойкость поверхностного слоя деталей узлов трения и инструментов.