СПОСОБ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО УПРОЧНЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ELECTRIC SPARK HARDENING AND RECLAIMING OF STEEL SURFACES

Изобретение относится преимущественно к области электрофизической обработки, в частности к электроискровому легированию стальных поверхностей, и может быть использовано для упрочнения и восстановления изношенных поверхностей трения прецизионных деталей машин и инструментов.
Известен способ упрочнения и восстановления поверхностей трения электроискровой обработкой в воздушной среде с использованием твердосплавных легирующих электродов [Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. - Владивосток: Дальнаука. - 1995 г. - 323 с.]. Несмотря на значительные преимущества восстановления и упрочнения стальных поверхностей электроискровым легированием (ЭИЛ), данный способ имеет недостатки: небольшая толщина, низкая сплошность и высокая пористость формируемых покрытий. Кроме того, образующиеся в покрытии оксиды металлов приводят к разрушению поверхностного слоя, ограничивая ресурс и надежность узлов трения.
Известен способ электроискрового легирования, наиболее близкий по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению, принятый за прототип [пат. 2355522, РФ, МПК B23H 5/00. Способ электроискрового упрочнения металлических поверхностей. / Алов В.А, О.М.Епархин, И.Н.Куприянов, И.М.Соцкая, Ю.В.Янчевский]. В предложенном способе обработка осуществляется путем образования многослойных покрытий, при этом каждую поверхность упрочняемого слоя после достижения его максимальной толщины подвергают активации полированием для последующего электроискрового упрочнения. После достижения максимальной толщины вторичного и последующих слоев процесс активации полированием повторяется. Такой подход позволяет увеличить толщину покрытия, повысить микротвердость и улучшить качество обработки.
Однако формирование многослойного покрытия указанным электроискровым способом приводит к повышению трудоемкости, себестоимости реализуемой технологии и уменьшению прочности сцепления покрытия с основой. Кроме того, предлагаемый способ увеличивает толщину покрытия и повышает его микротвердость в недостаточной степени, что не обеспечивает желаемой износостойкости поверхностей трения.
Технической задачей изобретения является разработка способа повышения эффективности электроискрового упрочнения и восстановления изношенных поверхностей прецизионных деталей и инструментов; техническим результатом - увеличение толщины формируемого покрытия, обладающего высокой микротвердостью и износостойкостью.
p
2
Технический результат достигается тем, что в процессе электроискрового воздействия в область между легирующим электродом и обрабатываемой поверхностью подается углекислый газ. При этом рабочий ток поддерживают в диапазоне I=1,3÷2,4 А, амплитудные значения напряжения U=48÷67 В при частоте импульсов 400 Гц, длительность разряда τ=44÷76 мкс, время обработки t=2÷3 мин/см, с использованием легирующего электрода из твердого сплава Т15К6.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым к нему чертежом. На чертеже приведено покрытие 1, полученное в указанных технологических условиях на стальном образце 2, которое отличается высокой сплошностью, микротвердостью и меньшей пористостью.
a
a
Положительный эффект заявляемого способа заключается в следующем. Углекислый газ защищает зону обработки от образования оксидов металлов в эрозионных частицах и в покрытии. В связи с тем, что атомный радиус углерода r=1,52 нм, кислорода r=1,36 нм, а размеры октаэдрических пустот кристаллической решетки железа равны 1,25 нм, атомы кислорода и углерода способны при диссоциации углекислого газа в канале искры образовывать твердые растворы внедрения, повышая микротвердость и, как следствие, износостойкость покрытия.
µ
p
µ
2
Пример. В соответствии с предлагаемым способом была восстановлена и упрочнена поверхность штока гидроцилиндра из стали 45, имеющая износ 0,10 мм. Микротвердость рабочей поверхности штока после изнашивания и шлифования составляет H=5,0÷6,0 ГПа. Обработку ЭИЛ выполняли легирующим электродом из твердого сплава Т15К6 в среде углекислого газа с параметрами электроискрового легирования: рабочий ток I=1,5 А, амплитудное значение напряжения U=60 В, длительность разряда τ=44 мкс, время обработки t=3 мин/см, что позволило создать покрытие толщиной 0,20 мм на сторону с микротвердостью H=8,0÷11,0 ГПа. Полученная толщина покрытия обеспечивает припуск под финишную обработку.
Сравнительные стендовые испытания обработанного указанным способом штока гидроцилиндра Ц-75 и необработанного штока при пути трения 80000 м показали, что интенсивность изнашивания рабочей поверхности обработанного ЭИЛ штока в 2÷3 раза меньше, чем необработанного.
Таким образом, применение предлагаемого способа электроискрового упрочнения и восстановления стальных поверхностей по сравнению с прототипом позволяет в рекомендуемых интервалах технологических режимов увеличить толщину покрытия, повысить качество обработки и обеспечить повышение износостойкости деталей узлов трения в 2÷3 раза.