Rosnerud-spb.ru

Ремонт СПБ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электроискровое легирование металлических поверхностей

Электроискровое легирование металлических поверхностей

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский Национальный Технический Университет

Институт повышения квалификации и переподготовки кадров по новым направлениям развития техники, технологии и экономики

переподготовка, повышение квалификации,
научно-исследовательская работа

Кафедра «Метрология и энергетика»

  • Институт
  • Метрология
  • Энергетика
  • Переподготовка
  • Наука
    • Наши награды
    • Научные разработки
      • Лазерные кристаллы
      • Сухое изостатическое прессование
      • Технология электроискрового легирования
      • Технология гидротермального синтеза композитной пористой керамики Al

Мы в соцсетях

Изготовление оборудования и проведение электроискрового легирования. Область использования покрытий полученных при ЭИЛ очень широка – это режущие и вырубные инструменты, посадочные места подшипников, торцевые уплотнения, рабочие поверхности лопаток паровых турбин и т.д.

Технология и оборудование для нанесения композиционных электроискровых покрытий на рабочие поверхности деталей машин и приборов

Отрасль промышленности: металлургия, машиностроение, энергетика, деревообработка.

Краткое описание. ЭИЛ основано на явлении электрической эрозии и полярного переноса материала анода (электрода) на катод (деталь) при протекании импульсных разрядов в газовой среде. В результате ЭИЛ на поверхности детали формируется слой покрытия (0,01-0,2 мм), состоящий из износо-, жаро- или эрозионно-стойких материалов. При использовании СВС-порошков (самораспространяющийся высокотемпературный синтез), предварительно нанесенных на поверхность детали, возможно формировать покрытия (0,1-0,5 мм) на основе тугоплавких износостойких материалов (TiC, WC, CrC).

Область использования покрытий полученных при ЭИЛ очень широка – это режущие и вырубные инструменты, посадочные места подшипников, торцевые уплотнения, рабочие поверхности лопаток паровых турбин и т.д.

Новизна. Усовершенствованная технология, сочетающая ЭИЛ и СВС, позволяет наносить покрытия из широкой гаммы тугоплавких соединений, которые повышают ресурс работы деталей.

Актуальность. Технология позволяет восстанавливать работоспособность изношенных деталей и проводить упрочнение рабочих поверхностей новых деталей, что позволяет продлить срок службы узлов и агрегатов машин.

Преимущества:

  • надежность и сравнительная простота оборудования и технологического процесса;
  • относительно небольшие габариты и вес оборудования и оснастки;
  • мобильность оборудования и применимость его в условиях любого производства;
  • возможность локального нанесения покрытия на детали;
  • высокая прочность сцепления покрытия с подложкой (деталью);
  • незначительность нагрева поверхности детали, как правило, не превышающая 300°С;
  • возможность формирования покрытий из любых токопроводящих материалов на любые токопроводящие детали;
  • экологичность процесса.

Назначение. Упрочнение или восстановление деталей машин и инструмента, а также деталей теплотехнического оборудования.

Область применения: предприятия машиностроения, энергетики, металлургии, деревообработки.

Основные технические характеристики.
Скорость нанесения покрытий, 0,5-2,5 см2/мин.
Толщина покрытия, от 0,01 до 0,5 мм.

Охранный документ. Патент Республики Беларусь № 10997.

Основные потенциальные потребители разработки: ТЭЦ и ГРЭС, инструментальные участки машиностроительных заводов, деревообрабатывающие предпритятия.

Предлагаемые формы сотрудничества. Заключение договоров на оказание услуг по упрочнению или восстановлению деталей машин, инструмента. Внедрение технологии, оборудования и инструмента. Научно-исследовательские работы по выбору материалов и разработке технологии.

Применение ЭИЛ покрытий

Защита рабочих лопаток турбин от эрозии

Краткое описание. Электроискровое легирование рабочих лопаток турбин входных и выходных кромок из высокохромистых коррозионно-стойких сталей 13Х13-Ш, 20Х13-Ш, 15Х11МФ-Ш, 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ (961-Ш), титановых сплавов ТС-5, ВТ 6.

Новизна:

  • возможность локального нанесения покрытия толщиной до 0,3 мм, а в отдельных случаях до 1,0 мм;
  • отсутствие влияния на балансировочное состояние ротора;
  • возможность использования большой номенклатуры токопроводящих электродных материалов;
  • применимость технологического процесса в условиях любого производства.

Актуальность. Позволяет повысить эрозионную стойкость рабочих лопаток турбин.

Преимущества. Исключение термического влияния на материал лопатки (в процессе формирования защитно-упрочняющего покрытия материал лопатки остается холодным).

Назначение. Повышение эрозионной стойкости лопаток турбин.

Область применения: предприятия энергетики.

Охранный документ: Патенты РФ № 2318121, № 63451.

Где внедрена разработка: более чем на 15 ГРЭС и ТЭЦ России.

Основные потенциальные потребители разработки: ГРЭС и ТЭЦ.

ЭИЛ покрытия на режущем инструменте

Отрасль промышленности: машиностроение, деревообработка.

Краткое описание. ЭИЛ покрытия на инструменте состоят из тугоплавких зерен карбидов или боридов титана в металлической матрице на основе никеля или кобальта.

Новизна. Усовершенствованная технология позволяет наносить широкую гамму тугоплавких соединений, которые повышают ресурс работы деталей.

Актуальность. Позволяет повысить стойкость режущего инструмента.

Преимущества. ЭИЛ покрытиями повышают стойкость инструмента и позволяют избежать образование нароста при обработке вязких сталей. КП позволяют увеличить стойкость деревообрабатывающего инструмента (ножи, пилы, шнеки экструдера).

Назначение: повышение стойкости режущего инструмента.

Область применения: предприятия машиностроения, деревообработки с интенсивным использованием инструмента.

Основные технические характеристики.
Микротвердость покрытий, до 20 ГПа.
Толщина, от 0,05 до 0,30мм.
Производительность 0,5-1,5 см2/мин.

Разработчик:

Саранцев Вадим Владимирович, кандидат технических наук, доцент.

Контактная информация: Республика Беларусь, 220107, г. Минск, Партизанский пр-т, 77, к.10 БНТУ
тел./факс: (+375 17) 250-36-95
е-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. , Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Суть способа

Идея основана на переносе небольших порций материала при возникновении плазменных разрядов. Операция расплавления и осаждения лигатуры происходит в воздушно-газовой среде. Способ напоминает микро-сварочный процесс.

Возникновение кратковременного электрического импульса, вызывает расплавление легирующей основы электрода и перенос её на обрабатываемую поверхность. Отсюда, другое название процесса, — «электроискровое покрытие», «электроискровое упрочнение».

4. Установки для электроискрового наращивания и легирования

Универсальная механизированная высокочастотная установка ИМ-101 (рис. 2) предназначена для электроискрового упрочнения рабочих поверхностей всех видов режущего инструмента, штампового кузнечно-прессового, заготовительного и литейного производств, для восстановления изношенных поверхностей деталей в ремонтном производстве при работе в ручном и механизированном режимах при оснащении одноэлектродными и многоэлектродными головками.

Рис. 2. Универсальная механизированная высокочастотная установка для электроискрового легирования ИМ-101

Особенности: установка оснащена двумя генераторами электроискровых разрядов и позволяет использовать параллельно две одноэлектродные головки для повышения производительности механизированного ЭИЛ.

Технические характеристики установки:

  • напряжение питающей сети, В (50 Гц) – 220±22;
  • потребляемая мощность, кВА – 1,5;
  • суммарная емкость разрядных конденсаторов, мкф – 340;
  • производительность, см2/мин – до12,0;
  • частота следования импульсов, Гц – 100…1200;
  • толщина слоя покрытия, мм – до1,2;
  • шероховатость покрытия, Rа мкм – 1,5;
  • масса генератора, кг – 42;
  • габаритные размеры, мм – 480x210x480;
  • повышенная мощность;
  • позволяет создавать покрытия толщиной до 0,1 мм за один проход.

Малогабаритная установка для ручного ЭИЛ типа ИМ-05 (рис. 3) предназначена для электроискрового упрочнения рабочих поверхностей всех видов режущего инструмента, штампового оснащения кузнечно-заготовительного и литейного производств.

Рис. 3. Малогабаритная установка для ручного ЭИЛ типа ИМ-05

Особенности: оригинальная схема генератора электроискровых разрядов, установка имеет 3 режима работы, максимальная емкость разрядных конденсаторов – 60 мкф.

Технические характеристики установки:

  • напряжение питающей сети, В (50 Гц) – 220±22;
  • потребляемая мощность, кВА – 0,3;
  • производительность, см2/мин – 3,0;
  • частота следования импульсов, Гц – 100;
  • толщина слоя покрытия, мм – до 0,1;
  • шероховатость покрытия, Rа мкм – 3,0;
  • масса, кг – 6,4;
  • габаритные размеры, мм – 245x110x220.

Электроискровое легирование металлических поверхностей

– 0.51 Mb / на румынском

Диссертация

Ключевые слова

Электроискровое легирование, электрический ток, магнитное поле, интенсификация массопереноса, упрочнение металлических поверхностей, микроструктура металлов, распределение элементов, диффузия, комбинированная обработка, физико-механические свойства, эксплуатационные характеристики

Аннотация

В диссертационной работе выполнены комплексные исследования электроискрового легирования (ЭИЛ) при воздействии на процесс внешних источников энергии.

Разработан способ электроискрового легирования металлических поверхностей при наложении на зону обработки магнитного поля с напряженностью в пределах (0 — 0,1) Tл и при прохождении постоянного электрического тока с плотностью (0,5 – 4,0) А/мм2 и импульсного с амплитудой в пределах (100 – 600)А. Создано экспериментальное оборудование с автоматической системой поддержания межэлектродного промежутка со специальным электродом-инструментом, обеспечивающим обрабатывающему электроду (аноду) сложное движение: вращение + вибрация + осцилляция; разработана специальная оснастка для наложения магнитного поля на зону электроискрового легирования.

Установлены зависимости массопереноса и интенсивности формирования слоя покрытия на катоде от величины и рода электрического тока, проходящего через объемы электродов, а также от величины индукции магнитного поля, наложенного на зону легирования. Наибольший перенос эродированного материала анода и, соответственно, прирост массы катода получены при прохождении через катод постоянного тока с плотностью 1 – 3 А/мм2 и импульсного с амплитудой (200 – 500) А, а также при наложении на зону ЭИЛ магнитного поля с индукцией (0,01 – 0,1) Tл.

Обнаружен эффект квазирегулярной осцилляции интенсивности переноса эрозионной массы анода в искровом разряде и структурно-фазовых превращений в поверхностных слоях катода под влиянием магнитного поля, наложенного на зону ЭИЛ. Установлена зависимость интенсивности формирования покрытия на катоде от магнитных свойств обрабатывающих электродов и подложки. Показано, что при прочих равных условиях при ЭИЛ подложки из стали Ст.3 электродом из никеля в магнитном поле интенсивность массопереноса эрозионной массы в единицу времени в 3,5 – 4,0 раза выше, чем при обработке электродом из серебра.

Читать еще:  Опирание плит перекрытия на стены

В поверхностных слоях титановой подложки при ЭИЛ анодом из никеля на режиме с энергией разряда 1,0 Дж и значении индукции равной 0,07 Tл обнаружен эффект аморфизации материала.

Оптимизирован угол наклона обрабатывающего электрода к обрабатываемой поверхности, при котором имеет место наибольший перенос материала анода и наиболее интенсивное формирование покрытия на катоде. Этот угол составляет 8 – 12 градусов. Во всех случаях наложение магнитного поля на зону ЭИЛ способствует повышению износостойкости и электропроводности. В зависимости от природы материала они могут увеличиваться в пределах от 15 до78 %.

Разработан комбинированный способ формирования упрочняющих покрытий путем объединения в единый технологический процесс ЭИЛ и химико — термическую обработку в электролитах, что позволило значительно (в 2 – 3 раза) расширить зону упрочнения, а следовательно, ресурс полученных покрытий.

Результаты исследований использованы при разработке процесса упрочнения титановых деталей и специализированной установки для его реализации на совместном молдо-российском предприятии “Топаз” и заводе “HIDROTEHNICA” г. Кишинэу.

Работа выполнялась в соответствии с целевыми комплексными программами 01.06.02 F. «Исследование процесса формообразования макроскопических неоднородных поверхностей и разработка на этой основе методов управления процессами металлов и полупроводников с целью создания новых технологических процессов: 01.08 Разработать новые и совершенствовать существующие методы формообразования и нанесения упрочняющих покрытий (Постановление правительства Р.Молдова от 14.04.1992г.) и Программой НИР на 1986-2000гг.: Разработка технологии и оборудования для упрочнения и обработки металлических поверхностей электрофизическими методами (Утв. Реш. правительства Р.Молдова № 180-д от 14.05.1986 г.).

Повышение прочностных характеристик поверхностных слоев электроискровым легированием

РубрикаПроизводство и технологии
Видреферат
Языкрусский
Дата добавления10.05.2016
Размер файла1,3 M
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Кафедра «Машины и технологии обработки материалов давлением»

по дисциплине «Современные способы обработки материалов давлением»

Повышение прочностных характеристик поверхностных слоев электроискровым легированием

Руководитель работы: Профессор, к.т.н. Крайнов В. И.

Автор работы: студент группы ФМ — 307 Прокопьев Н.Е.

Прокопьев Н. Е. Повышение прочностных характеристик поверхностных слоев методом электроискрового легирования. Челябинск: ЮУрГУ, ФМ-307, 13 с., 4 ил., 4 табл., библогр. список -5 наименований.

Цель реферата — отразить метод электроискрового легирования для повышения прочностных характеристик поверхностных слоев металлов.

Задачи реферата — изучить и обобщить данные о методе электроискрового легирования, разобраться в сущности метода и его особенностях применения.

Рассмотрена схема метода ЭИЛ, а так же его применение и особенности для отдельных видов покрытия. Приведены на иллюстрациях примеры установок ЭИЛ и примеры обработки. Сделано заключения о широком и эффективном использовании метода ЭИЛ для повышения прочностных характеристик поверхностных слоёв как в России так и за рубежом.

электроискровый легирование установка ремонт

1. Электроискровое легирование

1.1 Общая схема электроискрового процесса

1.2 Достоинства и особенности электроискрового легирования

2. Практическое применение

2.1 Рабочие инструменты и детали, оснастка и их восстановление и ремонт

2.2 Мерительные инструменты

2.3 Инструменты деревообработки

2.4 Инструменты стекольной промышленности

3. Примеры установок ЭИЛ и их технические характеристики

Введение


1. Электроискровое легирование


Электроискровое легирование — это перенос материала ЭИ, отвечающего определенным требованиям, на обрабатываемую поверхность детали искровым электрическим разрядом. Этот способ обеспечивает прочное сцепление вводимого легирующего материала с поверхностью детали; он прост в осуществлении.

1.1 Общая схема электроискрового процесса

При ЭИЛ осуществляется воздействие на металлические поверхности в газовой среде короткими (до 1000 мкс) электрическими разрядами энергией от сотых долей до десятка и более джоулей и частотой обычно не более 1000 Гц. При периодическом контакте электрода А (анода) — (рисунок 1), вибрирующего в межэлектродном промежутке МЭП с частотой fa, c обрабатываемым изделием К (катодом) и его разрыве возникают электрические разряды, создаваемые генератором импульсов ГИ.

Рисунок 1 Общая схема электроискрового привода

В результате происходит следующее: идут процессы преимущественного разрушения материала электрода (анода) и образования вторичных структур в рабочей его части; осуществляется перенос продуктов эрозии электрода на деталь (катод); на поверхности обрабатываемого изделия протекают микрометаллургические процессы; элементы материала электрода диффундируют в поверхностный слой изделия; поверхность изделия приобретает новый специфичный рельеф (рисунок 2 а); образуется на поверхности изделия измененный слой (рисунок 2 б), включающий белый слой, диффузионную зону и зону термического влияния, при этом изменяются свойства поверхностного слоя; формируется поверхностный слой мелкодисперсного состава, вплоть до наноуровня (рисунок 2 в); происходит изменение размера изделия.

Рисунок 2 Изменение рельефа поверхности (а) и структуры поверхностного слоя (б, в)

Таким образом на поверхности детали образуется новый слой, которому придаются отличные от исходного состояния свойства в зависимости от параметров искрового разряда, состава электродного материала, материала обрабатываемой детали и других факторов. Эти свойства управляются в широких пределах (таблица 1) и обеспечивают требуемые качества: повышенные микротвёрдость, износостойкость, жаростойкость и другие.

Характеристики покрытий нанесенных ЭИЛ

Широкие технологические возможности и достоинства ЭИЛ являются основой его эффективного успешного применения в различных отраслях при упрочнении объектов из металлических материалов или восстановлении размеров, утраченных в процессе эксплуатации. Это в полной мере относится к машиностроительным предприятиям. Здесь электроискровые технологии применяются для увеличения износостойкости режущих инструментов заготовительного и основного производства, различной технологической оснастки, включая штампы для холодной и горячей обработки металлов и неметаллических материалов, деталей машин (рисунок 3).

Рисунок 3 Примеры объектов упрочняющей электроискровой обработкой

1.2 Достоинства и особенности электроискрового легирования

    • · Возможность локального формирования покрытий в строго указанных местах радиусом от долей миллиметра и более, не защищая при этом остальную поверхность
    • · Высокая адгезия с основным материалом
    • · Отсутствие нагрева и деформации изделия в процессе обработки
    • · Возможность использования в качестве электродов различных токопроводящих материалов, как из чистых металлов, так и их сплавов,порошковых материалов.
    • · Возможность использования в качестве электродов различных токопроводящих материалов, как из чистых металлов, так и их сплавов,порошковых материалов.
    • · Сравнительная простота технологии, которая не требует специальной предварительной обработки поверхности
    • · Простота обслуживания и надежность оборудования. которое малогабаритного транспортабельно
    • · Высокий коэффициент переноса материала (60-80%)
    • При назначении технологии нанесения упрочняющих электроискровых покрытий и последующей обработки необходимо учитывать условия работы объектов упрочнения (инструментов, деталей), т.е. факторы, инициирующие изнашивание их рабочих поверхностей. На примере инструментов для механической обработки металлов (резанием или давлением) ниже приведены данные об основных факторах износа и принципы увеличения износостойкости их (таблица 2), а также технологические особенности упрочняющей технологии этих объектов (таблица 3). Реализация такого подхода позволяет на практике увеличить срок службы инструментов и деталей в 26 раз и более. При этом применительно к резанию металлов эффективность упрочнения режущих инструментов значительно повышается с ужесточением режимов резания.
    • Таблица 2
    • Основные факторы износа и принципы увеличения износостойкости инструментов для механической обработки металлов
    • Таблица 3
    • Технологические особенности электроискровой обработки инструментов для механической обработки металлов

2.1 Рабочие инструменты и детали, оснастка и их восстановление и ремонт


Гильотины (пресс-ножницы), пилы по металлу (ленточные, маятниковые, Геллера, сегментные, ножовочные и пр.), любой длины и диаметра. Резцы токарные, строгальные из быстрореза, свёрла, фрезы, метчики, плашки, в т.ч. и для обрабатывающих центров. Резьбо-накатные ролики, фильеры, дорны, втулки направляющие, цанги, сухари. Матрицы и пуансоны на штампы вырубные, вытяжные и гибочные. Ударные, выпрямляющие и правильные устройства, зажимные, отрезные, навивальные, шаговые и подающие механизмы. Пресс-формы для цветного литья, с целью защиты литниковых каналов, радиусов, уклонов, толкателей, знаков (обработка не допускает появления разгарных сеток, облоя и подлива). Ножи всех типов и конфигураций. Лопатки турбин и насосов, экструдеров, шнеков, шпинделей.


2.2 Мерительные инструменты


Локальное нанесение драгоценных металлов, создание адгезии на любых металлах, в т.ч. и на титане (кроме AL). Нанесение меди, серебра на контакты. Возможность снижения твёрдости (изменения режимов термообработки) в некоторых деталях из-за поводки в термических печах, или матриц и пуансонов в вырубных штампах для предотвращения сколов. Возможность замены марок стали на менее дорогие. Увеличение работы шеек валов, посадочных мест под подшипники, торцевых уплотнителей, золотниковых систем в гидравлике, эвольвент зуба шестерён, направляющих, шпоночных и сегментных соединений, натяжных и накатных валков, роликов. Увеличение срока работы трущихся поверхностей, создание фрикционных и антифрикционных свойств, нанесение твёрдой смазки: графита, бронзы, меди, латуни. Маркировка поверхности металла любой твердости.


При работе обработанного инструмента с нержавеющими, титановыми и цветными металлами не происходит “налипания”, инструмент не горит, дает возможность работать инструменту в местах сварочных соединений, где из-за присадок повышена твёрдость поверхности.


Пилы рамные, ленточные, круглые (до 1500 мм в диаметре), цепные, для ручной и машинной валки, шины цепных пил, звёздочки, фрезы любых конфигураций, ножи строгальные, фуговальные, рейсмусовые, обкорочные, для производства щепы, древесного шпона и цилиндровки брёвен.


Ножницы для резки жидкого стекла, литьевые формы для изготовления стеклоизделий, держатели литьевых форм, переставители стеклотары, кулачки валов, синхронизаторы, формирующие ролики, держаки, резцы для резки стекла и фарфора


Рисунок 4 Установка ЭИЛ


Таблица 4


Технические характеристики установок ЭИЛ


Заключение

1. Лазаренко, Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей: Машиностроение / Н. И. Лазоренко. М.: 1976. 44 с.

Читать еще:  Как собрать металлический стеллаж

2. Иванов, Г.П. Технология электроискрового упрочнения инструментов и деталей машин: Машгиз / Г.П. Иванов. М.: 1961. 303 с.

3. Электроискровое легирование металлических поверхностей: учебное пособие / Г.В. Самсонов, А.Д. Верхотуров, Г.А. Бовкун, В.С. Сычев. Киев: Наукова думка, 1976. 220 с.

4. Электроискровое легирование металлических поверхностей: справочное пособие / А.Е. Гитлевич, С.А. Величко, П.А. Ионов и др. Кишинев: Штиинца, 1985. 145с.

5. Электроискровое легирование металлических поверхностей: монография / Ф.Х. Бурумкулов, П.В. Сенин, П.П. Лезин и др. Саранск: Изд-во МГУ, 2004. 346 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Сущность метода электроэрозионной обработки. Анализ моделей электроискрового процесса и программных средств. Разработка программного комплекса и проведение эксперимента. Расчет стоимости работ, затрат покупателя и экономической эффективности продукта.

дипломная работа [3,4 M], добавлен 26.08.2011

Анализ существующей методики получения поверхностного слоя методом электроискрового легирования, которая не учитывает образование слоя на начальном этапе. Зависимость переноса массы от плотности анода и катода. Образование первичного и вторичного слоя.

статья [684,1 K], добавлен 21.04.2014

Сущность метода электроискрового наращивания. Маршруты технологического процесса восстановления шатунов двигателей. Расчет площади токоподводящих щеток. Проект приспособления для электроимпульсного нанесения меди на поверхность головки шатуна двигателя.

контрольная работа [109,5 K], добавлен 22.12.2014

Источники примесей для диффузионного легирования кремния и технология диффузии примесей в кремний. Технология и оборудование для проведения процесса диффузии и контроля параметров диффузионных слоев. Использование разработанных источников диффузанта.

дипломная работа [1,5 M], добавлен 07.07.2003

Физические особенности процесса ионного легирования. Анализ влияния технологических параметров на процесс ионной имплантации, распределение внедренных примесных атомов, радиационные дефекты. Схема устройства для ионной имплантации, методы моделирования.

реферат [17,2 K], добавлен 25.12.2009

Исследование особенностей сварки и термообработки стали. Технология выплавки стали в дуговых сталеплавильных печах. Анализ порядка легирования сталей. Применение синтетического шлака и порошкообразных материалов. Расчёт ферросплавов для легирования стали.

курсовая работа [201,2 K], добавлен 16.11.2014

Анализ микроструктуры стали 20 и баббита, роль легирования в улучшении свойств материалов. Оценка структуры и свойств баббита Б83 после нанесения на поверхность антифрикционного покрытия на базе индия методом искродугового легирования в среде азота.

дипломная работа [2,5 M], добавлен 17.11.2011

Электроискровое легирование быстрорежущей сталью на установках ИНТАЛ-1500 и ИНТАЛ-3000

материал предоставил к.т.н. ТОЛСТЫХ Леонид Григорьевич
в соавторстве с ТОЛСТЫХ А.Л.

Разработаны высокопроизводительные установки для нанесения износостойких, жаропрочных и коррозионностойких слоёв металла толщиной 0,01-0,80 мм с производительностью до 40 см 2 /мин. Исследованы некоторые особенности ЭИЛ быстрорежущей сталью.

Известно, что для электроискрового легирования (ЭИЛ) широко применяются тугоплавкие металлы, твёрдые сплавы и реже жаропрочные высоколегированные стали и сплавы с высокими механическими свойствами [1]. Во многих случаях причиной этого являются трудности процесса ЭИЛ, связанные с “залипанием” анода при использовании вибратора. На наш взгляд основными причинами “залипания” являются:

  • недостаточная энергия единичного импульса разряда;
  • высокая прочность наносимого материала;
  • большая температура плавления материала;
  • недостаточная мощность вибратора;
  • неоптимальная скорость перемещения вибратора по обрабатываемой детали.

Для расширения возможностей ЭИЛ как в плане увеличения диапазона использования различных металлов, сплавов и материалов, так и с целью повышения производительности процесса ЭИЛ, толщины наносимого слоя, повышения его плотности (снижения пористости) при одновременном упрощении процесса ЭИЛ в Уральском федеральном университете (г. Екатеринбург, Российская Федерация) были разработаны установки повышенной мощности ИНТАЛ-1500 и ИНТАЛ-3000 (таблица 1).

Таблица 1 – Техническая характеристика установок для ЭИЛ
Наименование параметра, размерностьИНТАЛ-1500ИНТАЛ-3000
Напряжение питающей сети, В220
Максимальный первичный ток, А15
Ёмкость батареи конденсаторов, мкФ15003000
Напряжение зарядки конденсаторов, В20-115
Энергия импульса, Дж0,3-10,50,4-21,0
Частота следования импульсов, Гц30-40015-200
КПД установки0,900,92
Габариты, мм
длина550650
ширина300400
высота500550
Масса, кг2837
Система нанесения покрытиябез вибрации, ротационная
Устройство для нанесения покрытиявращатель

Установки созданы на новой (современной) элементной базе с общей постоянной ёмкостью 1500 и 3000 мкФ, с плавным изменением напряжения и тока заряда батареи конденсаторов, то есть регулировкой энергетических параметров, таких как энергия разряда и частота следования этих разрядов. Энергия импульса изменяется от 0,3 до 21,0 Дж, а частота от 30 до 400 Гц. При этом напряжение заряда конденсаторов изменяется в пределах от 20 до 115 В, а ток от 3 до 25 А.

На рисунке 1 приведена зависимость энергии единичного импульса от напряжения зарядки конденсаторов. Она определяется из выражения E = CU 2 /2. Энергия импульса E зависит только от выбранной величины напряжения U, так как ёмкость конденсаторов C в установках 1500 и 3000 мФ постоянна и регулировка её не предусмотрена.

Рисунок 1 – Зависимость энергии одиночного импульса от напряжения на конденсаторах

Если изменять силу тока зарядки конденсаторов, то будет меняться частота импульсов зарядки и разрядки конденсаторов. В большинстве установок для ЭИЛ частота следования импульсов связана не только с установленными параметрами режима (напряжением зарядки конденсаторов и их ёмкости), но и с наличием (или отсутствием) контакта электрода (анода) с изделием (катодом) который создаётся вибратором. Вибраторы чаще всего работают на промышленной частоте 50 Гц, поэтому частота импульсов обычно постоянна и только в идеальном случае достигает 100 Гц.

В описываемых установках ИНТАЛ-1500 и ИНТАЛ-3000 частота может быть выбрана любой в пределах от 30 до 400 Гц, исходя из решаемых задач. В данной установке частота следования импульсов свободная, как в задающем генераторе, то есть зависит только от установленных напряжения и тока зарядки конденсаторов и не зависит от наличия или отсутствия контакта электрода с изделием. Это позволяет отказаться от использования вибратора и перемещать электрод по упрочняемому изделию за счёт вращения дискового или цилиндрического электрода. Так как электрод находится в постоянном контакте с изделием, то меняется процесс переноса металла и уменьшается его окисление, нанесенный металл более плотный, без пор и шероховатость поверхности не ухудшается с увеличением числа слоёв.

В установках использован инверторный преобразователь, что позволило повысить КПД установок, существенно снизить их габариты и массу. Установки имеют систему плавного запуска, после включения в сеть 220 В. Первичный ток из сети не превышает 15 А, поэтому их можно включать в обычную розетку.

Поскольку установка является энергетически напряжённым устройством (из-за малых габаритов и массы), то для обеспечения нормальных температурных режимов силовых полупроводниковых приборов применена принудительная вентиляция и введена защита от перегрева, блокирующая работу установок в недопустимом тепловом режиме.

На рисунке 2 приведена зависимость тока от напряжения для частот следования импульсов, кратных 50 Гц. Из рисунка 2 видно, что более высокие частоты можно получить только на напряжениях меньше 70 В, то есть на более мягких режимах со средней энергией импульса. При энергии разряда, близкой к максимальной, при напряжении 110 В частота не превышает 150 Гц.

Читать еще:  Изоляционные материалы

Рисунок 2 – Зависимость тока от напряжения для частот 50-400 Гц

Если провести линию для напряжения 60 В (или любого другого), параллельную оси абсцесс (тока), то на пересечении её с линиями частот 50, 100, 150, 200, 300, 400 мы получим величину тока, которую нужно установить для получения любой из этих частот. В установке ИНТАЛ-3000 частота следования импульсов при одинаковом с установкой ИНТАЛ-1500 токе зарядки конденсаторов в 2 раза ниже.

Для нанесения покрытия в качестве анода используется диск диаметром 20-200 мм и шириной 3-5 мм, либо цилиндрический пруток диаметром 2-10 мм и длинной до 150 мм. Частота вращения диска 2 об/с, прутка – 5 об/с. Покрытие наносится без вибрации.

На этих установках был исследован процесс нанесения быстрорежущей стали Р18. На образцы из низколегированной стали 20ХН2 размером 70×20×10 мм на различных напряжениях в течение 1 мин производилось ЭИЛ. Анод – диск из быстрорежущей стали, катод – образец из стали 20ХН2 взвешивались до и после ЭИЛ на аналитических весах с точностью до 1 мг. Эрозия анода и привес катода показаны на рисунке 3 в абсолютных величинах без учёта их знака (минус для анода и плюс для катода). Абсолютная разница между эрозией и привесом – безвозвратная потеря наносимого материала.

Рисунок 3 – Влияние тока (частоты) на эрозию анода и привес катода

В частности, на рисунке 3 показаны влияние тока (частоты) на эрозию анода (кривая 1) и привес катода (кривая 2) при неизменном напряжении 80 В. Напряжение 80 В было выбрано потому, что оно является средним для этой установки и, кроме того, позволяет исследовать почти весь диапазон токов (частот), на которых может работать установка.

Как видно из рисунка 3, эрозия анода при увеличении тока от 6,1 А (частота 50 Гц) до 24,4 А (частота 200 Гц) изменяется почти линейно от 180 до 580 мг. Прирост привеса катода на токах от 6,1 до 18,3 А (соответственно частотах 50 и 150 Гц) увеличивается также линейно. На участке от 18,3 до 24,4 А прирост уменьшился, что связано, видимо, с перегревом образца из-за его недостаточной массы, с увеличением тока кривые эрозии и привеса расходятся, что говорит о том что потери анода возрастают.

На рисунке 4 показано влияние напряжения (энергии разряда) на эрозию анода (кривая 1) и привес катода (кривая 2). Из рисунка 4 видно, что кривые эрозии и привеса на участке 60-100 В идут почти эквидистантно и являются немного возрастающими. На участке от 100 до 115 В наблюдается резкое возрастание эрозии анода при умеренном росте привеса катода. Скорее всего повышенная эрозия катода объясняется его нагревом до 500-550 °С из-за большого тока и небольших размеров катода и отсутствия его охлаждения. Тенденция увеличения прироста катода при увеличении напряжения (энергии импульса), по нашему мнению, благоприятна, так как способствует повышению производительности процесса и нанесению более толстого слоя покрытия.

Рисунок 4 – Влияние напряжения на эрозию анода и привес катода

Как следует из выражения E = CU 2 /2, энергию единичного импульса для повышения производительности процесса ЭИЛ можно увеличивать как за счёт повышения напряжения зарядки конденсаторов, так и за счёт увеличения ёмкости батареи конденсаторов. Дальнейшее увеличение напряжения нежелательно по технике безопасности, и поэтому нам пришлось для повышения энергии единичного импульса увеличить в 2 раза до 3000 мФ ёмкость батареи конденсаторов.

На рисунке 5 показано влияние энергии единичного импульса на эрозию анода и привес катода для быстрорежущей стали Р18.

Рисунок 5 – Влияние энергии единичного импульса на эрозию анода и привес катода

Как видно из рисунка 5, увеличение энергии единичного импульса с 10 Дж (установка ИНТАЛ-1500) до 20 Дж (установка ИНТАЛ-3000) позволило увеличить эрозию анода с 460 до 1300 мг, то есть в 2,82 раза, а привес катода увеличился с 270 до 610 мг, то есть в 2,26 раза. Коэффициент эффективности использования эродируемого материала снизился при этом с 0,58 до 0,47, то есть потери эродируемого материала возросли в 1,23 раза, что, как нам кажется, вполне приемлемо.

Известно, что параметры режима ЭИЛ, а в общем случае энергия импульсов (мощность) влияют не только на толщину наносимого слоя, но и на глубину зоны термического влияния (ЗТВ) [2]. С целью выяснения влияния тока зарядки конденсаторов при постоянном напряжении зарядки (U = 100 В) на глубину ЗТВ нами был проведен следующий эксперимент. На образцы размером 70×20×5 мм из отожжённой стали У11 производилось ЭИЛ быстрорежущей сталью. Ток зарядки конденсаторов составлял 10, 15, 20 и 25 А при напряжении 100 В, время ЭИЛ 1 мин. После ЭИЛ из образцов были сделаны поперечные шлифы для замеров микротвёрдости на микроскопе ПМТ-3 при нагрузке 200 г. Измерения микротвёрдости производились с шагом 50 мкм. Результаты измерений приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 – Влияние энергии единичного импульса на эрозию анода и привес катода

Как видно из рисунка 6, с увеличением тока зарядки конденсаторов с 10 до 20 А микротвёрдость на расстоянии 50 мкм повышается с 16000 до 19500 МПа, а увеличение тока до 25 А приводит к снижению микротвёрдости до 17000 МПа, что связано, скорее всего, с тем, что происходит значительный нагрев образца, вызывающий снижение скорости охлаждения нанесенного слоя и ЗТВ. Увеличение тока с 10 до 25 А приводит к увеличению упрочнённого слоя вместе с ЗТВ с 200 до 450 мкм. Увеличение упрочнённой ЗТВ в данном случае является дополнительным плюсом при увеличении мощности при ЭИЛ.

Внешний вид одного из поперечных шлифов с наколами в нанесенном слое, ЭТВ и основном металле показан на рисунке 7. Граница между упрочнённой ЗТВ и основным металлом легко различается как по твёрдости (размерам отпечатков), так и по различной травимости поверхности поперечного шлифа.

Рисунок 7 – Поперечный шлиф образца с нанесенными наколами

Электроды для наплавки.

Темы: Наплавка, Электроды сварочные, Ручная дуговая сварка.

В группу электродов для наплавки входят электроды, предназначенные для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (кроме электродов для наплавки слоев из цветных металлов). Электроды изготавливают в соответствии с ГОСТ 9466-75 и ГОСТ 10051-75. Для наплавочных работ в некоторых случаях также используют сварочные электроды, например, электроды, предназначенные для сварки высоколегированных коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей.

Согласно ГОСТ 10051-75 электроды для наплавки поверхностных слоев по химическому составу наплавленного металла и твердости при нормальной температуре классифицированы на 44 типа (например, электроды типа Э-16Г2ХМ, Э-110Х14В13Ф2, Э-13Х16Н8М5С5Г46). Наплавленный металл многих электродов регламентируется техническими условиями предприятий-изготовителей.

В зависимости от принятой системы легирования и условий работы получаемого наплавленного металла электроды для наплавки условно разделены на 6 групп:

  1. Электроды, обеспечивающие получение низкоуглеродистого низколегированного наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях трения металла о металл и ударных нагрузок (по назначению к этой группе относятся некоторые марки электродов 3-ей группы).
  2. Электроды, обеспечивающие получение среднеуглеродистого низколегированного наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях трения металла о металл и ударных нагрузок при нормальной и повышенной температурах (600-650оС).
  3. Электроды, обеспечивающие получение углеродистого, легированного (или высоколегированного) наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях абразивного изнашивания и ударных нагрузок.
  4. Электроды, обеспечивающие получение углеродистого высоколегированного наплавленного металла с высокой стойкостью в условиях больших давлений и высоких температур (650-850оС).
  5. Электроды, обеспечивающие получение высоколегированного аустенитного наплавленного метала с высокой стойкостью в условиях коррозионно-эрозионного изнашивания и трения металла о металл при повышенных температурах (570-600оС).
  6. Электроды, обеспечивающие получение дисперсноупрочняемого высоколегированного наплавленного металла с высокой стойкостью в тяжелых температурно-деформационных условиях (950-1100 гр С).

Выполнение наплавочных работ требует применения специальной технологии, которая (в зависимости от химического состава и состояния основного и наплавляемого металлов)- может включать обязательное выполнение таких операций, как предварительный и сопутствующий подогрев, термообработку для получения заданных эксплуатационных свойств наплавляемой поверхности.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector