Исследование кинетики процесса эрозии и формирования поверхностного слоя при электроискровом легировании твердыми сплавами

Исследование кинетики процесса эрозии и формирования поверхностного слоя при электроискровом легировании твердыми сплавами

Исследование кинетики процесса эрозии и формирования поверхностного слоя при электроискровом легировании твердыми сплавами

Введение. Известно, что повышение работоспособности инструментального материала (ИМ) осуществлялось за счёт повышения его твёрдости и температуры плавления [1]. Что привело к использованию в качестве ИМ тугоплавких соединений (cамсонидов) и алмаза. Появилась тенденция создания компактных ИМ, преимущественно за счёт изменения фазового и химического состава ВТС. В работах [2,3,4,5] приведены данные по проделанным экспериментам повышения физико-химических свойств покрытий обрабатываемых в процессе ЭИЛ. Изучение этапов формирования поверхностного слоя (ПС), а вместе с тем и процесса переноса материала анода на катод позволит прогнозировать скорость и коэффициент переноса массы в процессе электроискрового легирования.

Задача данной работы заключается в изучении закономерности формирования первичного и вторичного слоя с учетом кинетики переноса массы с анода на вольфрам - и титансодержащие модельные материалы.

Целью данной работы является исследование влияния анода ВК15, структуры, твердости на формирование ЛС при ЭИЛ ТС промышленного производства и ВК8ИМ.

Современное состояние проблемы исследования кинетики формирования легированного слоя. Высокая стоимость вольфрамового и кобальтого сырья и сокращение его запасов, появление новых труднообрабатываемых материалов в настоящее время обостряет проблему повышения работоспособности вольфрамсодержащих твердых сплавов (ВТС) - основного материала в производстве режущего инструмента (РИ), для обработки металлов и их сплавов, а также в горнодобывающей промышленности. Наибольшее применение ВТС получили в условиях, чрезвычайно неблагоприятных для процесса резания, где с одной стороны, существует постоянная необходимость повышения производительности и точности обработки, а с другой стороны - условия резания непрерывно ужесточаются. [1]

Можно предположить, что в процессе ЭИЛ в результате изменения состава и структуры поверхностных слоёв электродов (образования «вторичных структур» [6, 7], а также их нагрева («вторичного тепла») будет изменяться микро - макроструктура ЛС и его ФХС. Кроме того, в процессе ЭИЛ в связи с особенностью воздействия искровых разрядов на поверхность электродов (приведённую, как правило, к см² поверхности) с повышением удельного времени легирования будет наблюдаться постепенное «закрытие» обрабатываемой поверхности материалом легирующего электрода, что также должно приводить к изменению фазового и химического состава поверхности ЛС, при исследовании ФХС по площади физико-химическими методами исследования.

Материал, методика, оборудование. Выбранные марки твердых сплавов отражали в значительной мере состав и свойства наиболее применяемых марок для режущего инструмента, содержащих только карбиды WC либо WC-TiC. [1]

Для исследования массопереноса материала электродов анод / катод в процессе ЭИЛ использовали установку Корона 1101 со следующим режимом: Iср.=0,7 А; Uср.=40 в; t_ИМП=12∙10^-5; г^ср_ИМП/сек=50, мощность режима Дж/мин (расч.)= 10,08. Изменение массы ИПС определялось гравиметрическим методом с использованием стандартных весов «ВЛР-200» класса 2 с точностью 5 мкг, ГОСТ 24104-80, трехкратным измерением.

Методически работа составлена из нескольких этапов:

. Предварительное исследование кинетики массопереноса модельных материалов при ЭИЛ поверхностей ВТС с анализом полученных данных по эффективности процесса формирования ЛС.

. Определение модельных материалов металлов, обладающих наибольшим суммарным массопереносом.

. Детальное исследование кинетики массопереноса электродных материалов на поверхность ВТС с определением ∆k, Кп в процессе ЭИЛ.

. Исследование поверхности легированного слоя.

. Анализ, обобщение результатов исследований

Исследование кинетики массопереноса. Для выявления закономерностей формирования поверхностного слоя исследовали кинетику массопереноса, то есть эрозию анода и привес катода, гравиметрическим методом (рисунок 1). При этом образцы (анода и катода) взвешивали до и после легирования. Удельную эрозию анода Dа и удельный привес катода Dк оценивали взвешиванием образцов до и после ЭИЛ. Учёт массы образцов производился через 5-10 секунд, процесса ЭИЛ с использованием стандартных весов «ВЛР-200» класса 2, ГОСТ 24104-80, трехкратным измерением с точностью до 5 мкг.

Суммарное время легирования поверхности, отнесённое к 1 см², достигало до 4 минут.

электроискровой легирование анод катод

Рисунок 1 - кинетика массопереноса при ЭИЛ/ВК₁₅

Наибольший привес получил твердый сплав Т₅К₁₀, по мнению автора это объясняется плотностью сплава с=13,1 г/см³, так как по плотности сплав наиболее приближен к аноду - ВК₁₅ с=14,1 г/см³. Остальные сплавы имеют либо большее либо меньшее значение плотности [6] таблица 1.