Технологические и методологические основы формирования функциональных покрытий методом электроискрового легирования с применением электродных материалов из минеральных концентратов Дальнего Востока

q1= -1,153t2+ +3,790t+5,711 q2= 0,532t+ +7,856

tкр= 1,8 ч

0,988

0,975

tкр - время перехода к линейной закономерности окисления при испытании (Т = 800 оС).

Уравнения кинетической закономерности позволяют оценить скорость прироста массы образцов для данного момента времени: Vq = dq / dt.

Результаты расчетов скорости прироста массы для экспериментальных данных следующие. При продолжительности испытания 5 ч и температуре

900 оС значения Vq составляют: сталь У8 (без покрытия) - 8,64 г/(м2 ч); сталь 45 с покрытием (WCr) - 0,60 г/(м2 ч); сталь 45 с покрытием (WNi) - 0,83 г/(м2 ч); сталь 45 с покрытием (WCrMo) - 0,53 г/(м2 ч.) Определение по кинетическим уравнениям скорости прироста массы позволяет установить интервал времени, когда изменяются закономерности удельного прироста массы и покрытия ЭИЛ начинают разрушаться.

Установлено, что образцы с покрытием 11Х15Н25М6АГ2+ВК6М+Cr при температуре изотермической выдержки 600 оС в течение 12 ч имеют незначительное увеличение массы (рис. 5 б). При температуре 800 оС увеличение массы у образцов с покрытием в два раза меньше, чем у образцов без покрытий, что определяет эффективность защиты основы при условии нанесения сплошного равномерного покрытия. Можно считать достаточно эффективным применение указанного покрытия в пределах заданных эксплуатационных температур.

Исследования износостойкости однослойных и многослойных покрытий на закаленной стали 4Х5В2ФС в условиях газоабразивного изнашивания выполнены с помощью ускорителя ЦУК-3М. При формировании покрытий установлено оптимальное значение величины приведенной энергии Wпг = Wпэ, обеспечивающее наименьшее количество образовавшихся дефектов в ИПС и наибольшую стойкость его при газоабразивном износе. Перед испытанием на износ 50 % образцов с покрытием и без него подвергали низкотемпературному отпуску при 300-350 оС в течение 2 ч.

Из пяти вариантов однослойных покрытий материалами Cr, BK6M, T5K10, WCr, 11Х15Н25М6АГ2 и шести вариантов многослойных покрытий:

11Х15Н25М6АГ2+(WCr); 11Х15Н25М6АГ2+(WCr)+T5K10;

11Х15Н25М6АГ2+(WCr)+Cr; 11Х15Н25М6АГ2+BK6M+Cr;

11Х15Н25М6АГ2+T5K10+Cr; 11Х15Н25М6АГ2+BK6M

при сравнении с износостойкостью образцов без покрытия преимущества имели следующие материалы покрытий: Сr, 11Х15Н25М6АГ2+T5K10+Cr, 11Х15Н25М6АГ2+BK6M+Cr. Покрытия со структурой мартенсит + карбид обладают большей износостойкостью, чем покрытия с такой же твердостью, но не имеющие избыточных карбидов. Хром является эффективным электродным материалом, завершающим формирование ИПС при ЭИЛ и имеющим наибольшую стойкость к газоабразивному изнашиванию. Применение операции низкотемпературного отпуска в технологический процесс упрочнения поверхностей совместно с ЭИЛ до 30 % повышает износостойкость.

В шестой главе приводятся результаты исследования образования поверхностей с изменяющимися параметрами при формировании многослойных, толстослойных, несплошных покрытий и предлагается их классификация.

При исследовании процесса формирования многослойных покрытий разработаны рекомендации по выбору комплексных составов электродных материалов и их чередование. Структурная схема процесса образования многослойных покрытий методом ЭИЛ приведена на рис. 6.

Материал катода в исходном состоянии обладает определенными физико-химическими характеристиками, которые в процессе выполнения операции обработки L будут изменяться. Последнее состояние поверхности под влиянием ЭИЛ должно обеспечивать требуемые эксплуатационные параметры и необходимый ресурс работы. Для каждого выбранного материала анода j, на поверхности которого образуется вторичная структура, применяется технологический процесс ЭИЛ для формирования ИПС.

Рис. 6. Структурная схема процесса образования многослойных покрытий методом ЭИЛ

Вариант q целевого назначения технологии взаимосвязан с информационным блоком предпочтительного чередования материалов электродов k и с режимами обработки. Технологические режимы определяются по известным данным блока для однослойных покрытий с учетом наличия оборудования и целевого назначения технологии. Структурной схемой предусмотрено применение дополнительных промежуточных операций i обработки ИПС, а также отделочной обработки перед установкой детали в рабочее положение. Основой для разработки маршрута процесса образования многослойных покрытий являются закономерности изменения массы катода от величины приведенной энергии для каждой пары электродов. Схема разработки маршрута процесса ЭИЛ при формировании трехслойного покрытия приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема разработки маршрута процесса ЭИЛ при формировании трехслойного покрытия: 1, 2, 3 - указания по формируемым слоям

Требования, предъявляемые к материалам электродов при формировании первого, последующих и окончательного слоев многослойного покрытия приведены на рис. 8.



Рис. 8. Требования к материалам электродов при формировании одно- и многослойных покрытий методом ЭИЛ

В табл. 8 приведены характеристики и микроструктуры некоторых двух- и трехслойных покрытий, обеспечивающих повышение износостойкости в 2,73,8 раза и увеличение жаростойкости в 2,63,4 раза.

Важнейшим условием обеспечения процесса формирования толстослойных покрытий является использование материалов анода, имеющих высокую жаро-, кислото- и коррозионную стойкость, выполнение эрозии преимущественно в жидкой фазе. К таким материалам относятся аустенитные хромоникелевые стали и сплавы, образующие при ЭИЛ на поверхностях покрытий оксиды Cr2O3 и NiO в виде проволоки для электродов типа 11Х15Н25М6ФГ2, 07Х19Н11М3Г2Ф.

Таблица 8

Характеристики образуемых двух-, трехслойных покрытий на штамповой стали 4Х5В2ФС и на стали 45

Материал электрода	Толщина покрытия, мкм	Сплошность, %	Микро-твердость, ГПа	Фазовый состав покрытия	Шероховатость Rа, мкм
Для подложки из стали 4Х5В2ФС
11Х15Н25М6АГ2+W-Cr	100200	9696 96	9,49,8	б-Fe, (FeCr)23С6, Cr2О3, Ni О, FeNi, Fe2O3, Cr, W3О2, WС	8,210,6
11Х15Н25М6АГ2+ВК6М	100140	96	10,614,2	б-Fe, (FeCr)23С6, W2С, Cr2О3, NiО, WС, Fe2W, FeNi	8,19,2
11Х15Н25М6АГ2+WCr+Cr	120240	98	9,69,8	б-Fe, Cr, (FeCr)23С6, Cr2О3, NiО, W3О2, WС, FeNi, Fe2O3	14,216,3
11Х15Н25М6АГ2+ВК6М+Cr	120240	100	10,412,6	б-Fe, Cr2О3, NiО, FeNi, Fe2O3, WС, (FeCr)23С6	14,016,1
Для подложки из стали 45
07Х19Н11М3Г2ФWNi	100210	98	8,49,6	-Fe, (FeCr)23C6, NiO, FeNi, Ni, W, WC, Fe2O3.	8,29,6
07Х19Н11М3Г2ФCrW-Cr	120250	100	8,110,2	- Fe, Cr, (FeCr)23C6, W2C, Cr2O3, WC, W3O2, FeNi, Fe2O3	13,615,5
07Х19Н11М3Г2ФCrВК6	120240	98	10,512,6	-Fe, (FeCr)23C6, W2C, Cr2O3, WC, NiO, Fe2W, FeNi	13,415,0
07Х19Н11М3Г2ФВК6WCr	120230	100	9,311,5	-Fe, Cr2O3, FeNi, NiO, WC, Fe2O3, (FeCr)23C6	13,515,6
07Х19Н11М3Г2ФТ15К6Сr	120220	98	10,612,8	-Fe, Cr2O3, WC, TiC, NiO, FeNi, Fe2O3, (FeCr)23C6	13,415,4
07Х19Н11М3Г2ФW-CrT15K6	120210	96	12,614,8	-Fe, Cr2O3, WC, TiC, FeNi, (FeCr)23C6, NiO, TiO2, Fe2O3	13,415,1

Особенностью технологического режима является "разогрев" электрода в течение 15 с при Wи = 0,790,87 Дж и частоте следования импульсов fи = 700800 Гц. Образуемая на поверхности покрытия волнистость препятствует образованию равномерного по толщине слоя. Удаление вершин волнистости осуществляется на промежуточной операции "припиловка" алмазным надфилем при уменьшении толщины покрытия не более 810 %. Для обеспечения последующего процесса ЭИЛ и условия преимущественного переноса материала анода на катод, определяемого соотношением Тапл (34) Ткпл, выполняется ЭИЛ поверхности сплавом ВК6, ВК8 в течение 20 с на площади 1 см2. При последовательном образовании третьего слоя покрытия его суммарная толщина может достигать 1200 мкм.

Образование несплошных покрытий методом ЭИЛ целесообразно выполнять на поверхностях изделий при критических деформациях конструкционного материала, значительных передаваемых мощностях, высоких контактных нагрузках и скоростях скольжения.

Разработана модель напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя в виде системы "покрытие-основа" при одноосном растяжении. Определены начальные и граничные условия. Произведены расчет напряженного состояния на границе системы, экспериментальная проверка расчетов, проектирование поверхности покрытия, испытание на износ и математическая обработка результатов.

По разработанной схеме перемещения центров тяжести сечений основы и покрытия получены следующие уравнения для определения нормальных и касательных напряжений на границе основы и покрытия:

, (8)

, (9)

где ео - деформация в направлении оси Z, параллельной границе системы «покрытие - основа»; Fп - усредненная суммарная площадь поперечного сечения, заполненная металлом; Fо - площадь поперечного сечения подложки; Еп, Ео - модуль упругости материала покрытия и подложки; К - коэффициент, зависящий от геометрических параметров и модулей упругости подложки и покрытия, определяемый К2 = 2в·Lк(1/ Fn ·En + 2/Fo ·Eo); где в - ширина упрочняемого участка; Lк - коэффициент, зависящий от напряжений и толщины H подложки и h покрытия, Lк = уo ·уп / (h· уоН· уn), где уо и уп - нормальные напряжения в подложке и покрытии, определяемые по справочным данным или экспериментально.

Анализ уравнения (8) показывает, что нормальные напряжения, определяющие когезионную прочность соединения основы и покрытия, в зависимости от положения рассматриваемого сечения имеют не постоянные, а возрастающие значения от нуля у кромки покрытия до максимального уп ? ув значения, образуя участок, за пределами которого уп > ув, (ув - предел прочности).

Из уравнения (9) следует, что касательные напряжения на границе основы и покрытия в зависимости от положения рассматриваемого сечения имеют не постоянные, а уменьшающие значения от фmax у кромки покрытия до нуля. Влияние угла оценивается как уменьшающее численное значение напряжения фп, что предсказывает положительные свойства в условиях трибосистемы (повышение износостойкости).

Экспериментальная проверка расчета напряженного состояния на границе раздела «основа-покрытие» проводилась на пластине с двухсторонним покрытием, сформированным электродом из твердого сплава Т5К10, адгезионная прочность которого значительно превышает когезионную. В результате фрактографического исследования контактной поверхности хрупкого покрытия на стали в условиях критических деформаций установлено, что на поверхности металла после разрушения покрытия оставались участки («островки»), прочно соединенные с основой. Статистическая обработка размеров «островков» показала, что среднее отношение их ширины а к размеру Dо составляет 0,61 при дисперсии 0,33. Шаг между трещинами совпадает с характерным размером Nп, определяющим расстояние от кромки покрытия до того участка, на котором величина напряжения в покрытии асимптотически приближается к когезионной прочности покрытия ув / уп > 1. На рис. 9 представлена схема разрушения покрытия.

Рис. 9. Поверхностное разрушение сплошного покрытия в условиях критических деформаций

В соответствии с результатами экспериментов выполнено проектирование и изготовление поверхностей трения образцов с образованием несплошного покрытия (несколько вариантов). При испытании на износ определены оптимальные значения размеров несплошных покрытий: суммарная площадь заполненных металлом участков составляет 6070 % от номинальной площади, угол расположения оси локальных упрочненных участков к направлению скольжения должен составлять 15о.

По результатам анализа видов формируемых на поверхностях покрытий разработана классификация поверхностей и покрытий с изменяющимися параметрами (рис. 10). Предложенная классификация поверхностей и покрытий учитывает возможности использования методов упрочняющей обработки, варьирования основными свойствами поверхностного слоя с разделением их на виды, классы, группы и подгруппы.



Рис. 10. Классификация поверхностей и покрытий с изменяющимися параметрами

В седьмой главе приведены результаты исследования по формированию покрытий при использовании механизированного процесса ЭИЛ со скользящим контактом электродов и установлена взаимосвязь электрических и механических параметров.

Отсутствие синхронизации искровых разрядов относительно пространственно-временного положения электродов при вибрирующем электрододержателе является причиной значительных непроизводительных затрат энергии (короткое замыкание, шунтирование), неравномерности толщины покрытия и сплошности. Увеличение количества искровых взаимодействий при увеличении fи генератора ограничивается системой вибратора, особенно при fи > 500 Гц. Для повышения производительности возможны два варианта: 1 - физический скользящий контакт электродов с формированием канала искрового разряда взрывом контактирующих микронеровностей; 2 - постоянные расположение анода на определенном от катода расстоянии и формирование канала искрового разряда пробоем газового промежутка.

По второму варианту в Институте прикладной физики Республики Молдова и в Болгарии выполнены исследования, изготовлены установки. Схема скользящего контакта электродов была использована в конструкции генератора установки мод. ИМ-101. При этом выполнена проверка достаточности запасаемой энергии в рабочем конденсаторе, которая обеспечивает формирование канала сквозной проводимости через механизм взрыва микронеровностей. Учитывались следующие составляющие:

Ек Еоб(t) = Eв + Ер + Ерк(t), (10)

где Ек - энергия, запасаемая в конденсаторе; Ев энергия, затрачиваемая на нагрев контактирующих микронеровностей с последующим взрывом; Ер - энергия, затрачиваемая на нагрев локального объема электродов в месте физического контакта с обеспечением формирования мостика оплавления; Ерк(t) - ленц-джоулево тепловыделение в разрядном контуре. Определена возможность расчета каждой составляющей с использованием ПЭВМ и установлена емкость конденсаторов генератора, обеспечивающих выполнение процесса ЭИЛ при скользящем контакте электродов и мостиковым переносом материала анода. Расхождения в значениях, полученных расчетом и в эксперименте, не превышают 12 % для данной конструкции установки.

В уравнении нагрева жидкого цилиндрического мостика

, i = 1, 2, (11)

индекс 1 - относится к жидкой фазе анода: 2 - относится к жидкой фазе катода.

Здесь h i = I I2 / iCi F2, (12)

где с - удельное электросопротивление; I - величина тока; C - удельная теплоемкость; - удельная плотность материала; а - коэффициент температуропроводности; F = rм2 - среднее сечение мостика.

Определены условия однозначности решения уравнения (11), разработана математическая модель, установлены начальные и граничные условия мостикового массопереноса с определением температуры мостика, места его разрыва, направления переноса металла. Для выполнения указанных расчетов при использовании ПЭВМ разработана программа "МОСТЭР ВАS". Полученные результаты расчетов соответствуют значениям массопереноса материалов электродов, получаемых экспериментально.

Для обеспечения равномерности расположения электроискровых лунок, сплошности покрытия и меньшей шероховатости выполнены исследования по установлению взаимосвязи электрических и механических параметров механизированного процесса ЭИЛ в виде следующей зависимости частоты следования искровых разрядов:

fи = nд d / 60 S, (13)

где nд -частота вращения детали-шпинделя станка, мин-1; d - диаметр детали, мм; Sподача на оборот шпинделя, мм.

Определение величины приведенной энергии Wп, суммарного привеса катода, рекомендуемой границы окончания процесса Wпг и других параметров выполнено с использованием ранее полученных зависимостей (2, 3) с определением численных значений коэффициентов регрессии. При механизированном ЭИЛ коэффициент массопереноса материала повышается по сравнению с ручным легированием. Испытаниями на износ определена большая эффективность применения покрытий, образованных материалами 07Х19Н11М3Г2Ф и ВК8.

В восьмой главе приведены результаты практического приложения основных положений по формированию функциональных покрытий ЭИЛ для разработки технологических процессов и их внедрения в производство.

Установлены особенности новых элементов взаимосвязи "условия и параметры эксплуатации", "технология" и их влияние на постановку задачи, последовательность проведения исследований, используемые методы и достижение результатов. Для конкретных условий образования функциональных покрытий ЭИЛ с изменяющимися параметрами на поверхности, по глубине поверхностного слоя и совместно на поверхности и по глубине поверхностного слоя выполнены исследования с использованием значительного количества наименований изделий различного назначения, работающих в разнообразных эксплуатационных условиях с применением известных и вновь создаваемых электродных материалов. При этом указанное методологическое положение используется не только для улучшения качества, надежности изготавливаемых изделий, но и для восстановления размеров изношенных поверхностей с высокой долговечностью их последующей работы.

Эффективность применения результатов исследований значительна при обработке инструментов различного назначения, в том числе режуших, изделий кузнечно-штампового назначения, деталей современных двигателей, газовых и паровых турбин и многих других. Экономический эффект внедрения результатов исследований приведен в разделе реализация результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены основные положения об эффективности использования минеральных концентратов, содержащих дорогостоящие и остродефицитные легирующие элементы (W, Zr, В и др.), для создания электродных материалов, упрочняющих и защитных покрытий методом ЭИЛ:

- установлено, что для формирования покрытий на стальной основе при использовании в качестве анодных материалов шеелитового, датолитового и бадделеитового минеральных концентратов наибольшие толщину покрытий, их микротвёрдость и шероховатость обеспечивает шеелитовый концентрат; в составе покрытий вольфрам находится в растворенном состоянии в железе (б - Fe), в виде соединений с железом, углеродом и кислородом (FeW, Fe2W, WC и WO3);

- установлена взаимосвязь между составляющими системы “условия эксплуатации состав - структура - технология - свойства”.

2. Разработана технология синтеза электродных материалов из шеелитового концентрата и ильменита ДВ региона методом алюминотермии с одновременным легированием Ni, Cr, Mo, Co, Zr, Ti, Fe и последующим их применением при ЭИЛ для создания покрытий функционального назначения; получены следующие электродные материалы: W-Fe, W-Ni, W-Co, W-Zr, W-Cr, W-Mo-Co, W-Ni-Mo, W-Ni-Zr, W-Cr-Mo, W-Cr-Co, W-Ni-Cr, W-Ni-Co, W-Fe-Ti:

- при использовании новых электродных материалов вышеуказанных составов для формирования покрытий существенно повышается средний коэффициент их массопереноса при ЭИЛ с величиной 0,56 для сплава ВК8 до значений 0,69- 0,76 для материалов W-Zr, W-Fe-Ti, W-Ni-Cr, W-Cr-Mo, W-Mo-Co, W-Fe, W-Ni-Zr, W-Cr, W-Ni-Mo, W-Ni-Co и до 0,79 - 0,81 для материалов W-Cr-Co, W-Co, W-Ni толщина образуемых покрытий возрастает с 50 до 140 мкм;

в процессе эксплуатации повышается износостойкость покрытий в среднем в 2,4 раза и жаростойкость покрытий до 3 раз при уменьшении себестоимости формирования 1 см2 покрытия из новых электродных материалов до 5 раз по сравнению с электродами из сплава ВК8.

3. Установлена и научно обоснована общая закономерность эрозии электродных материалов при ЭИЛ, позволяющая: получить математическое описание изменения доли жидкой фазы в продуктах эрозии от величины выделившейся приведенной энергии Wп, установить корреляционную связь между параметром А1 процентного содержания жидкой фазы и средними коэффициентами массопереноса , которая обеспечивает выбор материалов анода с наибольшими значениями доли жидкой фазы в продуктах эрозии и определяет необходимые энергетические параметры процесса.

4. Разработана имитационная модель процесса образования ИПС, которая позволяет выявить влияние совместного действия его энергетических параметров на величину суммарного привеса ?Дк:

- модель позволяет рассчитать граничные значения энергии Wпг для окончания процесса, порога хрупкого разрушения Wпх, значения наибольшей эффективности использования энергии Wпэ, расчетное время легирования tр, необходимое для образования толщины покрытия h при заданных fи и фи и принятом материале электрода и другие параметры;

- анализ полученных закономерностей позволяет рекомендовать в качестве критерия выбора материала легирующего электрода параметр А;

- из технологических факторов основное влияние на величину суммарного массопереноса материала анода на катод оказывают параметры: приведенная энергиядо 63 %; частота импульсов разрядовдо 16,3 %; влияние взаимодействия Wп·fидо 12.4 %;

- для оценки эффективности затрачиваемой энергии и себестоимости процесса ЭИЛ предложены соответственно взаимосвязанные отношения ?Дкпг/Wпг и Wпг /?Дкпг.

5. Разработаны и апробированы "Методика назначения технологических режимов при ЭИЛ", включающая программу "Расчет технологических параметров процесса электроискрового легирования для образования функциональных поверхностей с использованием ПЭВМ" и программа “МОСТЭР ВАS для определения координат разрыва мостика при контактном массопереносе материала электрода” (получены свидетельства об официальной регистрации в Реестре программ для ЭВМ № 2007610392, 2007612585) , с помощью которых определяются оптимальные энергетические параметры процесса для обеспечения эксплуатационных характеристик.

6. Установлено, что в поверхностных слоях образуются твердые растворы металлов, оксиды, нитриды металлов анода и катода, интерметаллиды и карбиды. Для разных пар электродов концентрационные кривые распределения легирующих элементов и компонентов сплавов в диффузионной области и области перемешивания в покрытиях имеют одинаковый вид.

7. Выявлено влияние энергетических параметров процесса ЭИЛ на изменения микроструктуры, шероховатости, микротвердости и эксплуатационных характеристик, получаемых покрытий при использовании различных анодных материалов:

- установлено, что повышение приведенной энергии Wп до 9,0 кДж/см2 способствует увеличению дисперсности блоков мозаичной структуры D, возникающих микронапряжений кристаллической решетки Дd/d, микротвердости Нµ и внутренних остаточных напряжений уост; при продолжительной обработке (Wп > 9,0 кДж/см2) вследствие накопления дефектов в структуре покрытий, достижения границы хрупкого разрушения tх происходит усталостное разрушение покрытий с уменьшением микротвердости; на этом этапе можно определить предельные энергетические параметры процесса Wпх;

- экспериментально установлено, что повышение приведенной энергии Wп до 6 - 9 кДж/см2 способствует увеличению шероховатости Rа; дальнейшее продолжение ЭИЛ нецелесообразно в связи с образованием на поверхности покрытий волнистости (для подложек из стали 45), и отсутствием повышения прочности сцепления покрытий с подложкой (для стали ШХ15);

применение метода поверхностного пластического деформирования (ППД) после формирования покрытия ЭИЛ повышает прочность сцепления покрытия с металлом основы в 1,2 - 1,5 раза;

- износостойкость закаленной стали 4Х5В2ФС в условиях газоабразивного изнашивания максимальна при применении однослойных и многослойных покрытий с окончательным защитным слоем из Cr при значениях приведенных энергий Wп = Wпэ повышается в 1,2 - 1,5 раза; покрытия со структурой мартенсит + карбид обладают большей износостойкостью, чем покрытия с такой же твердостью, но не имеющие избыточных карбидов; хром является эффективным электродным материалом, завершающим формирование ИПС при ЭИЛ и имеющим наибольшую стойкость к газоабразивному изнашиванию; включение операции низкотемпературного отпуска в технологический процесс упрочнения поверхностей легированной стали 4Х5В2ФС совместно с ЭИЛ повышает износостойкость до 30 %.

8. Разработана технология формирования многослойных покрытий методом ЭИЛ с учетом специфики используемых электродных материалов для различных функциональных назначений; при этом жаростойкость покрытия можно повышать до 3 раз; износостойкость без смазки - до 2,6 раза и со смазкой - до 2,0 раз; для формирования первого слоя многослойных покрытий с высокой жаро- и износостойкостью необходимо использование электродов из сложнолегированных сплавов с содержанием хрома не менее 17 мас. %, никеля - не менее 11 мас. %.

9. Для улучшения функциональных характеристик изделий из сталей с композиционными многослойными покрытиями рекомендован метод ППД:

- толщина покрытия уменьшается на 2-8 мкм, шероховатость не превышает Rа = 1,2-2,25 мкм; величина относительной опорной длины профиля и радиусов кривизны при вершинах микронеровностей увеличивается до t20 = 32 ± 5 %; rв = 100-120 мкм, что свидетельствует о повышении несущей способности поверхностей и уменьшении вероятности их “схватывания”;

- микротвердость увеличивается в среднем для покрытия последнего слоя из WNi, WCr, Cr до 24 % (из твердых сплавов - на 11 %);

- сплошность покрытия после обкатывания составляет до 98 %.

10. Разработана технология получения толстослойных жаро- и износостойких покрытий (толщиной более 1,0 мм) при следующих технологических режимах процесса ЭИЛ: плотность тока не менее I = 7 А/мм2; частота следования импульсов fи ? 500 Гц для электродов из материалов 11Х15Н25М6АГ2 и 07Х19Н11М3Г2Ф.

11. Разработана и научно обоснована технология получения несплошных покрытий определенной микрогеометрии из тугоплавких эрозионностойких электродных материалов (ВК6М и Т5К10) для повышения их триботехнических характеристик:

- значительно сокращается продолжительность приработки с 4,0-4,1 км для сплошного покрытия до 0,7-1,7 км для покрытия несплошного;

- уменьшаются коэффициент трения с 0,72-0,78 до 0,34-0,45 и температура в зоне трения с 165170 °С до 125138 °С;

- повышается продолжительность нормального изнашивания с 14,8-16,0 км до 30,0-40,8 км; уменьшается интенсивность изнашивания с (6,2-8,6)·10-10 до (2,0-3,6)·10-10, повышается износостойкость покрытия в 2,0-2,5 раза.

12. Разработана модель формирования ИПС при ЭИЛ с контактным скользящим взаимодействием электродов и использованием механизированной установки модели ИМ-101, в которой происходит последовательное протекание процессов образования канала сквозной проводимости искровых разрядов через механизм “взрыва” микронеровностей (контактирующих шероховатостей), расплавления микрообъемов, их взаимодействие с образованием “мостика,” переноса металлов на катод, их перемешивания и взаимной диффузии в ИПС:

- емкость рабочих конденсаторов генератора импульсов должна обеспечивать достаточное аккумулирование электрической энергии как по величине, так и по скорости её ввода в зону контакта;

- разработаны методики расчетов необходимой емкости конденсаторов для стабильного обеспечения процесса ЭИЛ и основных характеристик “мостикового” переноса материалов при скользящем контакте электродов;

- применение генератора с повышенной частотой искровых разрядов позволяет формировать покрытия равномерной и большей толщины, повысить их сплошность;

- установлена взаимосвязь между электрическими и механическими параметрами процесса ЭИЛ при скользящем контакте электродов;

- c повышением частоты следования искровых разрядов fи и уменьшением продольной подачи S значения суммарного привеса катода ?Дк и энергии искровых разрядов Wпх, соответствующие порогу хрупкого разрушения ИПС, увеличиваются; рекомендуется выполнять ЭИЛ при значениях приведенной энергии искровых разрядов, не превышающих значение Wпх (до экстремальной точки);

- при механизированном ЭИЛ применение, например, электродного материала 07Х19Н11М3Г2Ф обеспечивает формирование покрытий по толщине, превышающей в 2,7-3,2 раза толщину, получаемую при применении материалов электродов из ВК8 и Сu.

13. Спроектированы, изготовлены, испытаны в лаборатории института и переданы по договорам на промышленные предприятия Дальневосточного региона: установки ЭИЛ для обработки деталей при ручном управлении мод. ИМ-01 (N = 0,25 кВт) - 3 шт., мод. ИМ-05 (N = 0,3 кВт) 10 шт, при ручном управлении и в механизированном варианте мод. ИМ 101 (N = 1,5 кВт) 2 шт.

14. Организованы участки ЭИЛ для упрочнения поверхностей и восстановления размеров изделий с приборным, материальным, технологическим, метрологическим обеспечением на следующих предприятиях: Хабаровском заводе строительных алюминиевых конструкций, в дорожных электротехнических мастерских станции Вяземская Дальневосточной железной дороги, малом предприятии "Квант" (г. Оха Сахалинской области).

15. Наряду с этим получен ряд результатов, имеющих практическое значение: материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Тихоокеанского государственного университета по дисциплинам “Основы теории надежности и диагностики”, “Основы работоспособности технических систем”, “Технология и организация восстановления деталей и сборочных единиц”, “Технология ремонта лесозаготовительных машин”, “Современные методы ремонта”.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Мулин Ю. И. Электроискровое легирование рабочих поверхностей инструментов и деталей машин электродными материалами, полученными из минерального сырья / Ю. И. Мулин, А. Д. Верхотуров.- Владивосток : Дальнаука, 1999. - 110 с.

2. Мулин Ю. И. Определение площади контакта цилиндрических поверхностей деталей прецизионных пар / Ю. И. Мулин // Известия ВУЗов, Приборостроение. - 1972. - Т. ХV. - № 1. - С. 138140.

3. А. с. 704772 СССР, М. Кл.2 В24 В39. Инструмент для чистовой и упрочняющей обработки поверхностей деталей / Ю. И. Мулин.№ 2471330 ; заявл. 28.03.77 ; опубл. 25.12.79, Бюл. № 47. - 5 с.

4. А. с. 831582 СССР, М. Кл 3.В24 В. Инструмент для выглаживания / Ю.И. Мулин. - № 2718716/25 ; заявл. 25.12.78 ; опубл. 23.05.81, Бюл. № 19. - 4 с.

5. А. с. 1298053 СССР, В24 В39/02. Устройство для упрочняющей обработки / Ю. И. Мулин, А. П. Улашкин. - № 4004155/31-27 ; заявл. 25.11.85 ; опубл. 23.03.87, Бюл. № 11. - 3 с.

6. А. с. 1658058 СССР, G01N 27/02. Способ контроля упрочнения стальных поверхностей и устройство для его осуществления / Ю. И. Мулин, Ю. Е. Студеникин, Н. К. Бергер. - № 4387536/25 ; заявл. 02.03.88; опубл. 23.06.91, Бюл. № 23. - 6 с.

7. А. с. 1815043 СССР, В23H 9/00. Устройство для электроэрозионного легирования деталей типа тел вращения / В. П. Кучеренко, Ю. И. Мулин, А. Д. Верхотуров. -№ 4944029/08 ; заявл. 10.06.91 ; опубл. 15.05.93, Бюл. № 18. - 4 с.

8. А. с. 1823308 СССР, В23Н 9/00. Способ электроэрозионного нанесения покрытий / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин, В. П. Кучеренко. - № 4892068/08 ; заявл. 19.12.90, для служебного пользования.

9. Пат. 2007274 Российская Федерация, В22F 3/12, B23H 3/06. Электродный материал для электроискрового легирования и способ его получения / А. Д. Верхотуров, В. Л. Бутуханов, С. В. Николенко, Ю. И. Мулин. № 4948592/02 ; заявл. 24.06.91 ; опубл. 15.02.94, Бюл. № 3. - 3 с.

10. Верхотуров А.Д. Получение электродов для ЭИЛ из шеелитового концентрата при применении метода металлотермии / А.Д. Верхотуров, Ю.И.Мулин, В.В. Гостищев // Электронная обработка материалов. - 1994. - № 5. - С. 7073.

11. Mulin Yu.I. Improving reliability and quality of machines, instruments in succession use by methods of the electroerosion treatment and of regularization of microgeometry of surfaces of the parts / Yu.I. Mulin // Advanced materials and processing: Proceedings of the Second Pacific Rim International Conference: Kyongju, Korea. - 1995. - P. 643645.

12. Пат. 2043862 Российская Федерация, B22F 3/00, C22B 5/04. Способ получения электродов из вольфрамсодержащего минерального сырья и устройство для его осуществления / Мулин Ю. И., Верхотуров А. Д., Гостищев В. В. - № 93057819/08; заявл. 29.12.93 ; опубл. 20.09.95, Бюл. № 26. - 5 с.

13. Пат. 2060118 Российская Федерация, 6 В23Н 1/02. Устройство для электроискровой обработки / Верхотуров А. Д., Мулин Ю. И., Малых С. Г., Малых И. Г.-№ 93010632/08 ; заявл. 01.03.93 ; опубл. 20.05.96, Бюл. № 14

14. Пат. 2064380 Российская Федерация, 6 В23Н 9/00. Способ восстановления плунжерной пары / Мулин Ю. И., Хромов В. Н. - № 93028608/08 ; заявл. 19.05.93 ; опубл. 27.07.96, Бюл. № 21. - 3 с.

15. Пат. 2068755 Российская Федерация, 6 В23Г21/04. Долбяк для нарезания зубьев зубчатых колес / Мулин Ю. И., Верхотуров А. Д. -

№ 9302476/08 ; заявл. 22.06.93; опубл. 10.11.96, Бюл. № 31. - 3 с.

16. Mulin Yu.I. Modification of work surfaces of stamps by electrospark alloying / Yu.I. Mulin // Advanced Materials and Processes: Fourth China-Russion Symposium: Beijing, China. - 1997. - P. 185.

17. Верхотуров А. Д. Влияние состава электродных материалов из вольфрамсодержащего минерального сырья на износо- и жаростойкость покрытий, образуемых методом электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин // Электронная обработка материалов. - 1997. - № 56.-С. 1416.

18. Мулин Ю. И. Метод регрессионного анализа для исследования процесса алюмотермии при получении электродных материалов / Ю. И. Мулин, Л. А. Климова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 1998. - № 7.-С. 6063.

19. Верхотуров А. Д. Защитные покрытия, образуемые при электроискровом легировании новыми электродными материалами на основе вольфрама, полученного непосредственно из минерального сырья / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин, Д. В. Ярков // Перспективные материалы. - 1999. - № 1. - С. 7079.

20. Verkhoturov A. D. A Protective Coating Formed by Electric - Spark Alloying with New Tungsten - Based Electrode Materials Produced / A. D. Verkhoturov, Y. I. Mulin, D. V. Yarkov // J. of Advanced Materials.-1999.Volume 5 (1) - P. 7584.

21. Mulin Y. I. Extending service life of stamps by hardening their surfaces with concentrated flows of energy / Y. I. Mulin // Advanced materials and processes: Abstracts of the V-th Russian-Chinese International Symposium.Baikalsk. 1999.-P. 234235.

22. Мулин Ю. И. Феноменологическое описание закономерностей формирования поверхностного слоя при электроискровом легировании / Ю. И. Мулин, Л. А. Климова, Д. В. Ярков // Физика и химия обработки материалов. -2000. - № 3. - С. 5056.

23. Пат. 2162488 Российская Федерация, 7 С23 С26/00, С22 С23/44. Способ восстановления деталей / Мулин Ю. И., Вишневский А. Н., Лысич А. Н., Христюк В. Д., Ярков Д. В. № 98115182/02 ; заявл. 05. 08. 98 ; опубл. 27. 01. 01, Бюл. № 3. - 3 с.

24. Мулин Ю. И. К вопросу обработки результатов, полученных для оценки жаростойкости вольфрамсодержащих покрытий / Ю. И. Мулин, Л. П. Метлицкая, Л. А. Климова, Н. М. Потапова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2002. - № 3 (Том 68). - С. 5962.

25. Mulin Y. I. Technological Solution of Forming Coatings with Required Depth During Electrospark Alloing / Y. I. Mulin, L. A. Klimova, D. A. Dmitriev // Russian Technical News Letter, Rotobo. - 2001. - № 3. - C. 3031.

26. Верхотуров А.Д. Исследование поверхностного слоя после электроискрового легирования новыми электродными материалами, полученными из минерального сырья / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин // Перспективные материалы. - 2002. - № 4. - С. 84-89.

27. Пат. 2098232 Российская Федерация, В22 F3/23, C22 C1/05. Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья / Верхотуров А. Д., Мулин Ю. И., Гостищев В. В. - № 95118518/02 ; заявл. 25.10.95 ; опубл. 10.12.97, Бюл. № 34. - 5 с.

28. Верхотуров А. Д. Восстановление и упрочнение матриц для прессования алюминиевых профилей методом электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин, А. Н. Вишневский // Физика и химия обработки материалов. - 2002. - № 4. - С. 8289.

29. Мулин Ю. И. Определение технологических параметров процесса электроискрового легирования для образования заданной толщины покрытия / Ю. И. Мулин, Л. А. Климова, Д. А. Дмитриев, В. Д. Власенко // Электронная обработка материалов. - 2002. - № 3. - С. 1923.

30. Верхотуров А. Д. Повышение износостойкости покрытий образованием специальной микрогеометрии при электроискровом легировании /А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин, В. Д. Власенко // Физика и химия обработки материалов. - 2003. - № 2. - С. 7279.

31. Верхотуров А. Д. Упрочнение поверхностей электроискровым легированием порошковыми материалами из минерального сырья / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин, Л. А. Климова // Электронная обработка материалов. - 2003. - № 2. - С. 3033.

32. Mulin Y. Characteristics of Coat Formation by the Method of Electro - Spark Alloying of Titanium Alloy BT 3 - 1 / Y. Mulin, L. Metlitskaya, A. Verkhoturov // JIXIE GONGCHENGSHI MECHANICAL ENGINEER. - 2003. - № 2. - Р. 68 (статья опубликована на китайском языке).

33. Верхотуров А. Д. Влияние режимов электроискрового легирования и электродных материалов на структуру и износостойкость покрытий / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин, Е. С. Астапова, В. А. Агапятов, М. И. Щетинин, А. В. Козырь // Электронная обработка материалов. - 2004. - № 3. - С. 1721.

34. Мулин Ю. И. Особенности образования износостойких покрытий при механизированном процессе электроискрового легирования / Ю. И. Мулин, Д. В. Ярков // Электронная обработка материалов. - 2004. - № 5. - С. 713.

35. Пат. 2243063 Российская Федерация, 7 В22 Е 9/18. Способ получения металлического порошкового вольфрама / Мулин Ю. И., Гостищев В. В. -

№ 2003118603/02 ; заявл. 20.06.03 ; опубл. 27.12.04, Бюл. № 36. - 4 с.

36. Мулин Ю. И. Формирование износостойких покрытий со специальной микрогеометрией при электроискровом легировании / Ю. И. Мулин, А. Д. Верхотуров, В. Д. Власенко // Электронная обработка материалов. - 2004. - № 6. - С. 1118.

37. Пат. 2245767 Российская Федерация, 7 В23 Н1/02. Устройство для электроискрового легирования / Мулин Ю. И. - № 20031319/02 ; заявл.

24. 10.03 ; опубл. 10.02.05, Бюл. № 4. - 6 с.

38. Мулин Ю. И. Исследование износостойких несплошных покрытий, образованных электроискровым легированием / Ю. И. Мулин, А. Д. Верхотуров, Л. А. Климова, В. Д. Власенко // Трение и износ. - 2004. - Т. 25.№ 6. - С. 650655.

39. Пат. 2264895 Российская Федерация, В 23 Н 9/00, С 23 С 26/00. Способ упрочнения электроискровым легированием инструментов для нарезания резьбы / Мулин Ю. И., Чвиров В. В. - № 2004104069/02 ; заявл. 11.02.04 ; опубл. 27.11.05, Бюл. № 33. - 7 с.

40. Мулин Ю.И. Электроискровое легирование поверхностей титановых сплавов / Ю. И. Мулин, А. Д. Верхотуров, В. Д. Власенко // Перспективные материалы. - 2006. - № 1. - С. 7985.

41. Пат. 2279337 Российская Федерация, В 23 Н 9/00. Способ электроискрового упрочнения поверхностей стальных деталей / Мулин Ю. И. - № 2004119454/02 ; заявл. 25.06.04 ; опубл. 10.07.06, Бюл. № 19. - 6 с.

42. Мулин Ю. И. Особенности формирования структуры и свойств покрытий, нанесённых методом электроискрового легирования на сталь /

Ю. И. Мулин // Физика и химия обработки материалов. - 2006. - № 4. - С. 6066.

43. Мулин Ю. И. Повышение износо- и жаростойкости поверхностей титановых сплавов / Ю. И. Мулин // Вестник машиностроения. - 2006. - № 8. - С. 6368.

44. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программа расчета технологических параметров процесса электроискрового легирования для образования функциональных поверхностей / Мулин Ю. И., Власенко В. Д. № 2007610392 ; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 23.01.2007.

45. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ “МОСТЭР ВАS”программа определения координат разрыва мостика при контактном массопереносе материала электрода / Мулин Ю. И., Власенко В. Д № 2007612585 ; зерегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19.06.2007.

Размещено на Allbest.ru