ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ ПРИ

ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕМОНТЕ ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТОВ

 

Крукович М.Г.  (ОНИЦ “Перспективные технологии” - МИИТ, ИПТ РАН, АТР, г. Москва, РФ)

 

The present paper describes the effective technology of electrolytic plasmatic strengthen to pieces and tools. It was a carryng out the modelling this technology and properties of the obtained layers, with increase the hardness, the endurance, the resistance to wear and to a corrosive. These guarantee the longevity for pieces and tools more than 3 times.

 

В результате изучения физических процессов, протекающих на поверхности при коронных разрядах в электролите и явлений массопереноса разработаны теоретические основы технологии электролитно-плазменного упрочнения сплавов (ЭПУС). При использовании технологии ЭПУС реализуются различные виды химико-термической обработки: цементация, азотирование цианирование, борирование, хромирование, титанирование, алитирование, силицирование, окисление и т.д. Технология ЭПУС позволяет проводить упрочнение твердосплавных резцовых пластин за счет получения защитных покрытий на основе TiC, TiN или TiCN. Технология ЭПУС может быть использована для восстановления геометрических размеров изношенных деталей и инструментов. Испытания в промышленности упрочненных деталей и инструментов показали их высокую эффективность. Повышение стойкости составляет в среднем 3 – 5 раз.

К особенностям технологии ЭПУС следует отнести: ‑ высокую скорость упрочняющей обработки; ‑ универсальность; ‑ возможность проведения упрочнения без изменения химического состава поверхности и с изменением; ‑ возможность упрочнения деталей из чёрных и цветных сплавов; ‑ простоту технологического оборудования, проведения и управления процессом обработки; ‑ экологичность; ‑ минимальные эксплуатационные затраты; ‑  низкое потребление электроэнергии.

При построении математической модели процесса использовали сочетание закономерностей математического и предметного моделирования, что позволило разработать метод расчета толщины диффузионных слоев базирующийся на аппроксимации функций влияния элементов сплава на толщину слоя, допуская, что это влияние является аддитивным:

где: y_o – толщина слоя на железе, рассчитанная или определенная экспериментально; А, а – эмпирические коэффициенты, определенные для каждого элемента; X – содержание легирующего элемента в сплаве, % по массе.

Расчет распределения микротвердости по сечению слоев на основе твердых растворов проводится с учетом непосредственного влияния легирующих элементов, либо, используя термодинамические коэффициенты активности азота (ТКАА) в стали в зависимости от концентраций легирующих элементов.

,    ;    

где:  - ТКАА в стали; γ^N _л.э.i – ТКАА в зависимости от содержания «i» легирующего элемента; DHV - изменение микротвердости по отношению к подложке в начале диффузионной зоны;  – микротвердость подложки.

Распределение микротвердости по толщине слоя находят по правилу подобия с распределением азота в слое:

; ;;

где: - концентрация азота в начале диффузионной зоны; - концентрация азота в зависимости от расстояния от поверхности (d); - максимальная концентрация азота в α–Fe (~ 0,09% по массе); - минимальная концентрация азота в α–Fe (~1.10^–4); y^a, y^b- толщина диффузионной зоны и белого слоя, соответственно; - ТКАА в зависимости от расстояния от поверхности.

Погрешность рассчитанных значений не превышает 7%.

Распространенные оценочные характеристики хрупкости диффузионных слоев или компактных материалов во многом субъективны. Наиболее приемлемой характеристикой является напряжение скола (σ_ск):

σ _ск = 0,174·Р (2·l² + l·C)^–1·/мм²

где: Р – нагрузка на индентор при измерении микротвердости на приборе ПМТ-3, кг; l - минимальное расстояние от центра отпечатка до края образца, при котором не происходит скалывание слоя, мм; С – диагональ отпечатка, мм.

Таким образом, σ_ск является максимальным напряжением в слое, не вызывающее его скола и является интегральной характеристикой хрупкости слоя или компактного материала, поскольку учитывает свойства слоя и его состояние.

 Оценку износостойкости диффузионных слоев проводили с учетом комбинации их собственных свойств (твердости, относительного удлинения, напряжений скола) и параметров условий эксплуатации (коэффициента трения, скорости скольжения, удельных нагрузок).

В результате аппроксимации построенных поверхностей износостойкости в зависимости от внешних условий трения установлена формула для её определения:

где: δ – характеристика пластичности [δ% = 4.10 ³ (HV) ^-1]; b, c, d, e – эмпирические коэффициенты, которые определены путем аппроксимации функций влияния соответствующих параметров трения на износостойкость

Вывод. Разработанная технология ЭПУС является универсальной и может эффективно использоваться при изготовлении и ремонте различной техники, обеспечивая повышение стойкости в 2 и более раз.