Влияние природы электродных материалов на эрозию и свойства легированного слоя. Критерии оценки эффективности электроискрового легирования

Сергей Анатольевич Величко; Анатолий Демьянович Верхотуров; Валерий Игоревич Иванов; Алексей Семенович Дорохов; Леонид Алексеевич Коневцов

Сергей Анатольевич Величко ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» http://orcid.org/0000-0001-6254-5733
Анатолий Демьянович Верхотуров Институт водных и экологических проблем ДВО РАН
Валерий Игоревич Иванов ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» https://orcid.org/0000-0002-4568-8553
Алексей Семенович Дорохов ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» http://orcid.org/0000-0003-3058-5903
Леонид Алексеевич Коневцов Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН http://orcid.org/0000-0002-7212-3953

Ключевые слова: электроискровое легирование, электрод, материал, эрозия, элек- тродный материал, легирование

Аннотация

Введение. Достоинства метода электроискрового легирования металлических поверхностей заключаются в возможности нанесения на обрабатываемую поверхность изделия из любых токопроводящих материалов упрочненного легированного слоя материала с целью обеспечения высокой твердости, жаростойкости, износостойкости и других свойств исполнительных поверхностей деталей. В работе показана возможность формулировки критериев, устанавливающих эффективность процесса электроискрового легирования и свойства легированного слоя в зависимости от свойств d-элементов, определяемых их положением в таблице Менделеева и числом (s+d)-электронов электродных материалов. Аналогичный подход выявления критериев эффективности может быть рекомендован и для других высокоэнергетических процессов воздействия на материалы.
Материалы и методы. В качестве материала подложки использовалась сталь 45, в качестве анодных материалов для формирования легированного слоя – тугоплавкие d-металлы IV–VI групп: Ti, V, Cr, Zr, Nb, Vo, Hf, Ta, W; а также d-металлы: Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Cd, Re, Os, Ir, Pt, Au и p-металлы: Al, Bi, Sb, Sn, Pb. Установки, применяемые для электроискрового легирования: ЭФИ-10M, ЭФИ-46А, ЭФИ-25М, ЭФИ-66, Электром-10, ЭЛФА-541, Элитрон-22, ИМЭИ-01-2А; Корона-1101; микроскопы МИИ-4, МИМ-10, БИОЛАМ-М, ЭМА-100, Axiosplan-2; профилограф П-201 «Калибр»; микротвердомеры ПМТ-3М, DUH-W201 Shimadzu. При исследовании эрозии использовали установку «Atovic absorption spectrophotometer, Varian AA-4»; для лазерной обработки – генератор ГОС-3ОМ и установку СЛС-10-1.
Результаты исследования. Проведено обобщение схем процесса электроискрового легирования при единичном и многократном воздействии модельными анодными материалами. На катоде возникает лунка с различной степенью заполненности материалом катода или представляющая зону взаимной кристаллизации материала анода и катода. \Получены и представлены зависимости некоторых свойств (микротвердость, температура плавления, модуль упругости) тугоплавких d-металлов от их расположения в IV–VI периодах таблицы Менделеева.
Обсуждение и заключения. Для улучшения свойств покрытий и увеличения эффективности электроискрового легирования необходимо отдавать предпочтение анодным материалам с максимальным статистическим весом атомных стабильных конфигураций. Возможен общийподход к формулировке критериев достижения новых свойств материалов в результате высокоэнергетического воздействия на них. Сформулирована гипотеза об определении сходных зависимостей изменения физических и эксплуатационных свойств d-элементов для различных методов локального высокоэнергетического воздействия.

Биографии авторов

Сергей Анатольевич Величко, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

профессор кафедры технического сервиса машин, Институт механики и энергетики, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), кандидат технических наук, доцент, ResearcherID: G-9021-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-6254-5733, velichko2005@yandex.ru

Анатолий Демьянович Верхотуров, Институт водных и экологических проблем ДВО РАН

главный научный сотрудник, Институт водных и экологических проблем ДВО РАН (680000, Россия г. Хабаровск, ул. Дикопольцева, д. 56), доктор технических наук, умер в апреле 2017 г.

Валерий Игоревич Иванов, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

заведующий лабораторией «Электроискровые технологии», ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», (109428, Россия г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), кандидат технических наук, ResearcherID: H-4076-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4568-8553, tehnoinvest-vip@mail.ru

Алексей Семенович Дорохов, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

профессор РАН, член-корреспондент РАН, заместитель директора по научно-организационной работе, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (109428, Россия г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), доктор технических наук, ResearcherID: H-4089-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3058-5903, vim@vim.ru

Леонид Алексеевич Коневцов, Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН

научный сотрудник, Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН (680042, Россия г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, д. 153), кандидат технических наук, ResearcherID: H-4087-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7212-3953, konevts@narod.ru

Литература

1. Ставицкий Б. И. Из истории электроискровой обработки материалов // Электронная обра-
ботка материалов. 2010. Т. 1, № 261. С. 97–109. URL: https://www.twirpx.com/file/1544619
2. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. Критерии оценки эффективности процес-
са электроискрового легирования // Труды ГОСНИТИ. 2011. Т. 107, № 2. С. 131–137. URL: https://
elibrary.ru/item.asp?id=22563734
3. Formation of thick layer electro-spark coatings for restoring worn-out parts of power hydraulic cylinders
/ S. A. Velichko [et al.] // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2017. Vol. 53, no. 2.
P. 116–123. DOI: https://doi.org/10.3103/S1068375517020119
4. Analysis of electric pulsed processes in electrospark treatment of metallic surfaces in a gas medium
/ V. I. Ivanov [et al.] // Welding International. 2017. Vol. 31, no. 4. P. 312–319. DOI: https://doi.org/
10.1080/09507116.2016.1257244
5. Johnson R. N. Electrospark deposition: principle and application // Society of Vacuum Coaters
45th Annual Technical Conference, Lake Buena Vista. 2002. P. 87−92. URL: https://www.researchgate.net/
publication/236399429_Principles_and_applications_of_electro-spark_deposition
6. Xie Y. J., Wang M. C. Epitaxial MCrAlY coating on a Ni-base superalloy produced by electrospark
deposition // Surface and Coatings Technology. 2006. Vol. 201, no. 6. P. 3564−3570. DOI: https://
doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.08.107
7. Electro-spark alloying using graphite electrode on titanium alloy surface for biomedical applications
/ T. Chang-bin [et al.] // Applied Surface Science. 2011. Vol. 257, no. 15. P. 6364–6371. DOI: https://
doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.01.120
8. Бурумкулов Ф. Х., Лялякин В. П., Пушкин И. А. Электроискровая обработка металлов –
универсальный способ восстановления изношенных деталей // Механизация и электрификация
сельского хозяйства. 2001. № 4. С. 23–28. URL: http://foliant.ru/catalog/psulibr?BOOK_
UP+00087B+0DF291+-1+-1
9. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. О влиянии физико-химических свойств
чистых металлов на их эрозию при электроискровом легировании // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 125.
С. 202–215. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=27657652
10. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. Оценка эффективности формирования
легированного слоя при ЭИЛ карбидами вольфрамосодержащих твердых тел // Труды ГОСНИТИ.
2017. Т. 127. С. 190–203. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29326693
11. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. О влиянии физико-химических свойств
тугоплавких соединений и твердых сплавов на их эрозию при электроискровом легировании // Элек-
тронная обработка материалов. 2017. Т. 53, № 6. С. 8–17. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1051286
12. Matthews A., Leyland A. Developments in vapour deposited ceramic coatings for tribological
applications // Key Engineering Materials. 2002. Vol. 206-213. P. 459–466. DOI: https://doi.org/10.4028/
www.scientific.net/KEM.206-213.459
13. The properties of nanocomposite coatings formed on a steel 20H surface by means of electrospark
processing using rod-shaped electrodes of steels 65 G and Sv 08. / F. Kh. Burumkulov [et al.] //
Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2009. Vol. 45, no. 6. P. 455–460. DOI: https://doi.org/
10.4028/10.3103/S1068375509060039
14. Formation of the surface layer on a low-carbon steel in electrospark treatment / V. I. Ivanov [et al.] //
Welding International. 2013. Vol. 27, no. 11. P. 903–906. DOI: https://doi.org/10.1080/09507116.2013.796643