ШИХТА ЭЛЕКТРОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Российский патент 2014 года по МПК B22F9/14 B82B3/00 

Предлагаемое изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для создания износостойких покрытий на деталях электроискровым легированием в условиях массового, серийного и единичного производства.

Состав шихты электродного материала для электроискрового легирования деталей, подверженных абразивному износу, состоит из порошков на основе карбида вольфрама. Свойства покрытий деталей машин, подверженных интенсивному изнашиванию, зависят прежде всего от твердости высокотвердых составляющих и от свойств матрицы [1].

Недостатком этого состава шихты электродного материала для электроискрового легирования является то, что износостойкость покрытий относительно невысока.

Результаты теоретических и практических изысканий [2] показывают, что значительное повышение износостойкости покрытий достигается при использовании порошков, в структуре которых содержатся нанодисперсные карбиды высокотвердые составляющие. Недостатки состава:

1. Получение таких порошков как в лабораторных условиях,

так и в промышленных трудоемко и дорого.

2. Неоднородность порошка по составу, наличие примесей. Задача предлагаемого изобретения состоит в удешевлении и улучшении качественного состава шихты электродного материала для электроискрового легирования.

Поставленная задача решается тем, что шихта электродного материала для электроискрового легирования представляет собой твердосплавный порошок, который является продуктом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) отходов твердого сплава марки Т15К6 в керосине со средним размером частиц 3-100 нм.

Технологическая установка для получения порошков из отходов твердых сплавов состоит из источника питания искровыми разрядами, реактора и системы управления. В реакторе между электродами находятся гранулы - куски сплава произвольной формы и размеров. Электроды изготавливаются из диспергируемого материала. Межэлектродный промежуток заполняется керосином так, что слой гранул погружен в эту жидкость.

Соприкасаясь, гранулы образуют множество электрических контактов, соединенных в межэлектродном промежутке последовательно-параллельно. Один разрядный импульс между электродами вызывает в слое гранул, погруженных рабочую жидкость, искрение во многих местах. В местах контакта материал гранул может быть не только расплавлен, но и доведен до более высоких температур, при которых возможно испарение и взрывное удаление материала. При этом частицы вещества отрываются от поверхности гранул и мгновенно охлаждаются жидкостью. В результате электрической эрозии возникают частицы преимущественно сферической формы.

Пример 1

На установке (Пат. РФ 2449859, МПК C22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] /Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и потентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - №2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. №13) диспергировали твердый сплав марки Т15К6 в керосине при следующих режимах: напряжение на электродах U=100 В и емкость разрядных конденсаторов С=2,5 мкФ.

Полученные порошки из отходов твердого сплава марки Т15К6, содержащего 6% кобальта, 15% карбида титана и 79% карбида вольфрама, обладают хорошей текучестью и имеют в основном сферическую и эллиптическую форму. В своей структуре эти порошки содержат высокотвердые фазы - карбиды α-WC, W₂C и TiC и химический состав, представленный в табл.1.

Таблица 1 Химический состав порошков, полученных из отходов
Т15К6 % масс. (остальное W) Марка сплава Способ получения Со С_общ С_своб TiC Т15К6 ЭЭД в керосине 5,4 9,5 6,21 5,1 По ГОСТ 882-74 6,0 5,95 0,15 15

После получения порошка на установке отгоняют нанодисперсную фракцию на центрифуге и его очищают от керосина бензином, а затем прокаливают в течение 20 минут в печи при 200°С. Полученный таким образом порошок со средним размером частиц 3-100 нм используется для получения электродного материала.

Электродный материал получали спеканием при следующих условиях:

- объемное холодное прессованием при давлении 400 МПа;

- спекание в среде водорода при температуре 1500°С.

Далее осуществлялось электроискровое легирование передней режущей поверхности сверл диаметром 12 мм ГОСТ 10903-78 на установке UR-121.

Испытания проводились согласно ГОСТ 2034-80 - «Сверла спиральные. Технические условия», оборудование - станок радиально-сверлильный 2М55, материал заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-88.

Фактическая стойкость до первой переточки сверла с электроискровым легированием составляет 17,6 мин до первой переточки, а без электроискрового легирования - 4,3 мин.

Пример 2

На установке (Пат. РФ 2449859, МПК C22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и потентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - №2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. №13) диспергировали твердый сплав марки Т15К6 в дистиллированной воде при следующих режимах: напряжение на электродах U=120 В и емкость разрядных конденсаторов С=5 мкФ.

Полученные порошки из отходов твердого сплава марки Т15К6, содержащего 6% кобальта, 15% карбида титана и 79% карбида вольфрама, обладают хорошей текучестью и имеют в основном сферическую и эллиптическую форму. В своей структуре эти порошки содержат высокотвердые фазы - карбиды W₂C и TiC и химический состав, представленный в табл.2.

Таблица 2 Химический состав порошков, полученных из отходов
Т15К6% масс. (остальное W) Марка сплава Способ получения Со С_общ С_своб TiC Т15К6 ЭЭД в воде 4,5 3,12 0,471 7,6 По ГОСТ 882-74 6,0 5,95 0,15 15

После получения порошка на установке отгоняют нанодисперсную фракцию на центрифуге и его очищают от оксидов 10-% НСl, а затем прокаливают в течение 20 минут в печи при 200°С.Полученный таким образом порошок со средним размером частиц 3-100 нм используется для получения электродного материала.

Электродный материал получали спеканием при следующих условиях:

- объемное холодное прессованием при давлении 400 МПа;

- спекание в среде водорода при температуре 1500°С.

Далее осуществлялось электроискровое легирование передней режущей поверхности сверл диаметром 12 мм ГОСТ 10903-78 на установке UR-121.

Испытания проводились согласно ГОСТ 2034-80 «Сверла спиральные. Технические условия», оборудование - станок радиально-сверлильный 2М55, материал заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-88. Фактическая стойкость до первой переточки сверла с электроискровым легированием составляет 16,8 мин до первой переточки, а без электроискрового легирования - 4,3 мин.

Пример 3

На установке (Пат. РФ 2449859, МПК C22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и потентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т.- №2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. №13) диспергировали твердый сплав марки ВК8 в керосине при следующих режимах: напряжение на электродах U=100 В и емкость разрядных конденсаторов С=2,5 мкФ.

Полученные порошки из отходов твердого сплава марки ВК8, содержащего 8% кобальта и 92% карбида вольфрама, обладают хорошей текучестью и имеют в основном сферическую и эллиптическую форму. В своей структуре эти порошки содержат высокотвердые фазы - карбиды α-WC и W₂C и химический состав, представленный в табл.3.

Таблица 3 Химический состав порошков, полученных из отходов ВК8% масс. (остальное W) Марка сплава Способ получения Со С_общ С_своб ВК8 ЭЭД в керосине 8,32 5,89 2,13 По ТУ 49-19-10.4-73 6,0 5,95 0,15

После получения порошка на установке отгоняют нанодисперсную фракцию на центрифуге и его очищают от керосина бензином, а затем прокаливают в течение 20 минут в печи при 200°С. Полученный таким образом порошок со средним размером частиц 3-100 нм используется для получения электродного материала.

Электродный материал получали спеканием при следующих условиях:

- объемное холодное прессованием при давлении 400 МПа;

- спекание в среде водорода при температуре 1500°С.

Далее осуществлялось электроискровое легирование передней режущей поверхности сверл диаметром 12 мм ГОСТ 10903-78 на установке UR-121.

Испытания проводились согласно ГОСТ 2034-80 - «Сверла спиральные. Технические условия», оборудование - станок радиально-сверлильный 2М55, материал заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-88.

Фактическая стойкость до первой переточки сверла с электроискровым легированием составляет 14,3 мин до первой переточки, а без электроискрового легирования - 4,3 мин.

Пример 4

На установке (Пат. РФ 2449859, МПК C22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и потентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - №2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. №13) диспергировали твердый сплав марки ВК8 в дистиллированной воде при следующих режимах: напряжение на электродах U=120 В и емкость разрядных конденсаторов С=5 мкФ.

Полученные порошки из отходов твердого сплава марки ВК8, содержащего 8% кобальта и 92% карбида вольфрама, обладают хорошей текучестью и имеют в основном сферическую и эллиптическую форму. В своей структуре эти порошки содержат высокотвердые фазы - карбиды α-WC и W₂C и химический состав, представленный в табл.4.

Таблица 4 Химический состав порошков, полученных из отходов
ВК8% масс. (остальное W) Марка сплава Способ получения Со С_общ С_своб O₂ ВК8 ЭЭД в воде 7,32 2,93 0,15 1,24 По ТУ 49-19-10.4-73 7,8-8,6 5,7-5,95 0,1 0,5

После получения порошка на установке отгоняют нанодисперсную фракцию на центрифуге и его очищают от оксидов 10-% НСl, а затем прокаливают в течение 20 минут в печи при 200°С. Полученный таким образом порошок со средним размером частиц 3-100 нм используется для получения электродного материала.

Электродный материал получали спеканием при следующих условиях:

- объемное холодное прессованием при давлении 400 МПа;

- спекание в среде водорода при температуре 1500°С.

Далее осуществлялось электроискровое легирование передней режущей поверхности сверл диаметром 12 мм ГОСТ 10903-78 на установке UR-121.

Испытания проводились согласно ГОСТ 2034-80 «Сверла спиральные. Технические условия», оборудование - станок радиально-сверлильный 2М55, материал заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-88. Фактическая стойкость до первой переточки сверла с электроискровым легированием составляет 12,4 мин до первой переточки, а без электроискрового легирования - 4,3 мин.

Таким образом, использование твердосплавного порошка, который является продуктом электроэрозионного диспергирования отходов твердого сплава со средним размером частиц 3-100 нм в качестве шихты электродного материала для электроискрового легирования позволяет повысить стойкость режущего инструмента в среднем в 4 раза при минимальных затратах на электродный материал.

Источники информации

1. Вайнемар А.Е. Плазменная наплавка металлов [Текст] / Шоршоров М.Х., Веселков В.Д., Новосадов B.C. - М.: Машиностроение, 1969. - 192 с.

2. Химухин С.Н. Разработка научных основ формирования измененного слоя на металлах и сплавах с заданными свойствами при низковольтной электроискровой обработке [Текст]: автореф. дисс.… канд. техн. наук / Химухин С.Н. - Комсомольск-на-Амуре, 2009. - 40 с.

Изобретение относится области порошковой металлургии, в частности к шихте электродного материала для электроискрового легирования деталей машин. Шихта содержит порошок карбида вольфрама и карбид титана. Порошок получен электродиспергированием отходов твердого сплава марки Т15К6 в керосине и имеет средний размер частиц 3-100 нм. В результате режущий инструмент, полученный электроискровым легированием этой шихтой, обладает высокой стойкостью при обработке им деталей. 4 пр., 4 табл.

Шихта электродного материала для электроискрового легирования деталей машин, содержащая порошок карбида вольфрама и карбид титана, отличающийся тем, что упомянутый порошок получен электроэрозионным диспергированием отходов твердого сплава марки Т15К6 в керосине и имеет средний размер частиц 3-100 нм.