ЭЛЕКТРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК B23H9/00 C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к электродным материалам для электроискрового легирования (ЭИЛ) стальных или чугунных поверхностей.

Электродные материалы на основе чугунов практически не используются. Одной из причин этого является появление на легируемой поверхности вначале обработки пленки графита, которая препятствует адгезии переносимого материала за счет наличия в составе свободных графитовых включений (Лазаренко Н.И. Технологический процесс изменения исходных свойств металлических поверхностей электрическими импульсами. - Ж. Электронная обработка материалов, 2, 1996). Решение этой проблемы возможно двумя путями. Первый заключается в уменьшении количества углерода, но тогда состав электрода будет соответствовать сталям, которые обладают более высокой температурой плавления, большей величиной усадки и менее технологичны при получении. Второе направление предусматривает связывание свободного углерода. Углерод в связанном состоянии находится в белых чугунах.

Известен электродный материал на основе белого чугуна для электроискрового легирования следующего состава, мас.%: 2,88 углерода, до 2,9 марганца, 1 - кремния, остальное - железо (см. Иванов Г.П. Технология электроискрового упрочнения инструментов и деталей машин.- М.: Машгиз, 1961, 299 с.).

Основным недостатком известного технического решения является высокая эрозионная стойкость за счет высокой температуры плавления, что в конечном итоге уменьшает массоперенос в процессе легирования поверхности.

В основу изобретения положена задача получения электродного материала такого состава, который бы обеспечил увеличение массопереноса и соответственно эффективности процесса упрочнения.

Поставленная задача решается тем, что в электродном материале на основе белого чугуна, содержащего углерод, марганец, кремний и железо, согласно изобретению белый чугун содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 4 - 4,5
Марганец - 0,5 - 0,6
Кремний - 0,8 - 0,9
Железо - Остальное
Преимущество предлагаемого технического решения заключается в том, что благодаря использованию в основе электродного материала белого чугуна с оптимальным соотношением углерода и остальных компонентов значительно снижается температура плавления материала, что в свою очередь уменьшает эрозионную стойкость, увеличивает массоперенос и соответственно эффективность процесса. Оптимальное содержание углерода определялось в соответствии с тем, что чем ближе к эвтектике (4,3%), тем температура ликвидус ниже, что уменьшает эрозионную стойкость материла электрода. Увеличение содержания углерода более 4,5% повышает количество цементита и хрупкость электродного материала.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого состава электродного были подготовлены составы, указанные в таблице. В качестве исходного соединения брали белый чугун с содержанием, мас. %: углерод 3, марганец 0,5, кремний 0,9, железо - остальное. Выплавку электродного материала производили в печи Таммана. Исходный материал расплавляли, затем нагревали до температуры 1550^oС, после выдержки в течение 5 мин проводили науглероживание расплава электродным графитом в количестве, соответствующем оптимальному содержанию углерода согласно изобретению и запредельным значениям. После растворения графита и выдержки электроды отбирали, создавая разряжение 0,5-1,5 мм рт.ст. в кварцевые трубки диаметром 2,5 мм.

Данная технология производства электродных материалов исключает стадию обработки электродов, снижает влияние процессов вторичного окисления при литье, позволяет варьировать составом в широком интервале концентраций. Изменяя температуру нагрева и скорость охлаждения расплава, появляется возможность получать электродные материалы с различной дисперсностью микроструктуры. Электродами из полученных материалов легировали образцы 10•10•5 мм из стали марки 45 в отожженном и закаленном состояниях с помощью установки "Элитрон-10, "Элитрон-22" с ручным перемещением электрода-инструмента при токе легирования 0,7-1,2 А, частоте вибрации 100-200 Гц в воздушной среде.

Результаты исследований представлены в таблице.

Оптимальное содержание углерода обосновано тем, что чем ближе к эвтектике (4,25^oС), тем температура ликвидус ниже, что уменьшает эрозионную стойкость материала анода, однако увеличение содержания углерода выше 4,5% приводит к повышению количества цементита, ухудшающего свойства электрода по механической прочности, в результате чего электрод в процессе легирования разрушается.

Таким образом, предлагаемый состав электродного материала повышает эффективность процесса легирования за счет увеличения в 2 раза массопереноса и уменьшает количество окислов в слое за счет капельно-плазменного переноса материла, что определяется визуально-оптическим методом.

Изобретение может быть использовано для упрочнения стальных или чугунных поверхностей. Электродный материал для электроискрового легирования на основе белого чугуна содержит следующие компоненты, маc.%: углерод 4,0-4,5; марганец 0,5-0,6; кремний 0,8-0,9; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является снижение температуры плавления материала, что позволяет уменьшить эрозионную стойкость, увеличить массоперенос и соответственно эффективность процесса. 1 табл.

Электродный материал для электроискрового легирования на основе белого чугуна, содержащего углерод, марганец, кремний и железо, отличающийся тем, что он содержит указанные компоненты в следующем соотношении, маc. %:
Углерод - 4,0-4,5
Марганец - 0,5-0,6
Кремний - 0,8-0,9
Железо - Остальное