Способ обработки поверхности изделий из электропроводящих материалов

союз советснихсоаелистичеснихРЕСПУБЛИК А 1 1)5 С 23 Г 4/02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОЬйГ С ТВУ й электрок метал- в машиноающейощение споания пох Финишной обработкипрочнения изделий ОСУаАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ О изОБРетениям и ОЗЯРытия ПРИ ГНИТ СССР(71) Институт сильноточноники СО РН СССР(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИИЗДЕЛИЙ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИЛОВ.(57) Изобретение относитсяпургии и может применятьсястроении и металлообрабатывпромышленности. Цель - упрсоба, возможность регулиров Изобретение относится к машиностроению и металлообрабатывающей промышленности.Известен способ изменения химического состава поверхностных слоев твердых тел путем диФФузионного насыщения при повышенной температуре (химико-термическая обработка). Существенным недостатком этого способа является ограничение скорости процес са диФФузионными константами, необходимость использования энергоемкого оборудования, длительность процес-. са, Данный способ не позволяет избирательно создавать модиФицированные участки на поверхности деталей (режущая кромка резца. полпятники осей верхностных свойств изделий за счетполучения поверхности с заданнымсоотношением компонентов, повышениеизносостойкости и микротвердости.Изделие обрабатывают инициированнымкатодным пятном при токе дуги 1,выбранном в интервале 2 д(А 2,где 1 - минимальный ток, при котором существует дуговой разряд на поверхности того, компонента, которыйнеобходимо уменьшить в поверхностномслое;- минимальный ток существования дугового разряда на материапе, не подлежащем удалению. Это позиоляет получить изделия с заданнымисвойствами, дает возможность автоматизировать процесс; повысить эксплуатационные.характеристики. 4 табл. вращения после ии т.п.) с целью уи инструмента.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности. является способ электродуговой наплавки, при котором на поверхности изделия при зажи" . гании электрической дуги путем расплавления лигатурного электрода илинанесенных на поверхность Ферросплавов получают дополнительный поверхностный слой.Недостатком данного способа являются трудоемкость процесса, больши потери легирующих элементов, невозможность выдерживания точного состава поверхностного слоя, что ведет к. изменениям характеристик измененного слоя как в объеме, так и по поверх" ности.Целью изобретения является упро 5 щение способа, возможность регулирования поверхностных свойств изделий за счет получения поверхности с заданным процентным соотношением компонентов, повышение износостойкости и микротвердости.Указанная цель достигается тем, что в известном способе обработки поверхности электропроводящих материалов, преимущественно твердого сплава, согласно изобретению по-. верхность изделия обрабатывают инициированным катодным пятном при токе дуги 1 Д, выбранном в интервале 2 (1 Д 42, где до - минимальный ток, при котором существует дуговой . разряд на поверхности того компонента, который необходимо уменьшить вповерхностном слое изделия; 3 - ми;нимальный ток существования лугово ,го разряда наматериале, не подлежа" щем удалению.В момент инициирования катодного пятна при 1 р 2 возникает один эмиссионный центр (ЭЦ), который пос" тавляет в разрядный промежуток плаз": му, состоящую из ионов, электронов, а также нейтральных частиц. После его гибели эмиттированная им плазма открывается. от поверхности.и, приобретая положительный потенциал, стимулирует возникновение нового эмиссионного центра. При этом двойной слой между плазмой первого ЗЦ и ка" тодом становится двойным слоем между 4 О плазмой первого ЭЦ и нового ЭЦ. По мере расширения плазмы вновь возника" ющего ЭЦ слой деФормируется и приоб- . ретает сФерическую геометрию, а поток ионов иэ плазмы первичного,ЭЦ 45 Фокусируется в слой плазмы второго ЭЦ, что приводит к нагреву плазмы, Количество ионов, поступающих из плазмы отработавшего ЭЦ в плазму работающего ЭЦ, равноф 0-о авэо,ч1,86ц ф з е- масса электрона;- заряд иона;заряд электрона. Чем больше ЬИ(, тем эФФективнее нагрев пла эмы, что у величивает энергию частиц. Между коэФФициентом электропереноса К и величиной минимального токатакже существует связь. Чем меньше минимальный ток, тем большее количество эмиссионных центров возникает на поверхности обрабатываемого изделия и, следовательно, большее количество материала удаляется с поверхности за единицу времени.Известно, что ь соединения двух элементов меньше величиныкаждого из этих элементов, входящих в состав этого соединения. Следовательнр, эмиссионные центры в первую очередь будут возникать на поверхности соединений и их количество зависит от величины протекающего через обрабатываемое иэделие (катод) тока. Укос материала катода зависит от величины ми-: нимального тока разряда.к щ+ -, (3)- 1 д1 д где ЬК; - масса, уносимая ионами;йКп - масса, уносимая нейтральными частицами;1 - ток разряда, равный 2 пд,р,где п - количество эмис"сионных центров- время существования разряда. Так как катодное пятно преимущест" венно Функционирует на материалах с малой величиной е, то происходит избирательный унос элементов, входящих в состав поверхности. Регулируя время ФуНкционирования катодного пятна, можно достичь необходимого соотношения компонентов в поверхностных слоях катода и таким образом получить поверхности обрабатываемых из" делий с заданными одинаковыми свойствами. Число эмиссионных центров зависит от тока разряда и величины минимального тока материалов, входящих в состав катода Уровень протекающего через деталь тока не должен превышать значение 2 з . (ЯIЯзи,), где 3 - площадь, занятая компонентом с величиной минимального тока д, 8 - площадь, занимаемая одиночным ЗЦ. При 1 катодное пятно. не возникает. При 1 Д ) 2 могут возникать эмиссионные центры не только на компоненте, подлежащем улалению, но и на других компонентах.П р и м е р. Обработке по предложейному способу подвергали пластины из твердого сплава ВК 3. Величина про 1 О текающего тока (1) составляла 10 А, напряжение между анодом и катодом 0 = 1,5 кВ, Относительное процентное соотношение компонентов в изделиях до и после обработки приведено в 15 табл.1. Из табл.1 видно, что для случая контрольных точек максимальный разб-, рос процентного содержания МС состав ляет величину О,/883, для Со - О, /87, Для обработанной поверхности максимальный разброс процентного содержания УС составляет 0,1324,для Со 0,10 . Таким образом, предложенный, способ позволяет получать участки поверхности изделий с заранее задан-ным процентным соотношением компонентов, что определяет идентичность их . свойств, Разброс значений в случае 30 обработанной поверхности уменьшается в 5 раз.Выбор диапазона тока дугового разряда обусловлен следующими причинаМи.35При токе дугового разряда д для МС = 0,4 А разряд не возникает, при токе разряда 12, где д - мини/мальный ток дугового разряда, для Со 2,15 А, в составе плазмы появляет ся материал компонента, удалять который из поверхности обрабатываемого материала нежелательно (табл.2).В результате реализации предла" гаемого способа появилась возможность 45 создавать ряд изделий с одинаковыми поверхностными свойствами, а значит, и с одинаковыми эксплуатационными характеристиками, например, такими, как износостойкость и микротвердость обрабатываемых изделий, В табл.3 и 4 приведены результаты испытаний.Характеристика стандартного спеченного твердого сплава ВК 3 - химический состав, Ф,: ИС 97; СО 3; твердость НРА не менее 89,5, Была отобрана партия одновременно изготовленных пластин иэ сплава ВК 3. Часть из них была обработана по предлагаемому способу (образцы с 1 по 5), а часть служила контрольными образцами (с 6 по 1 О), т.е. обраббтана по способу-прототипуПластины испытывали на иэно состойкость при получистом точении стали 12 Х 18 Н 10 Т при следующих параметрах: скорость резания ч = 100 м/мин, глубина резания е = 0,5 мм, подача Я = 0,1 мм/об. Измеряли износ по задней грани - Ь, мм. Результаты испытаний приведены в табл.3.Аналогичные результаты получены для сплавов ВК 6, Т 15 К 6, Р 18, Р 18 К 5 ф 2 и др.Из табл.3 видно, что износостойкость образцов, обработанных по предлагаемому способу, возросла гю сравнению с контрольными. Важным обстоятельством является то, что обработанные,по предлагаемому способу образцы имеют одинаковый износ за равные промежутки времени работы, а контрольные - значительный разброс, Полученный эФФект позволяет автоматизировать обработку изделий.В табл.4 приведены результаты испытаний образцов из стали 20 Х 13, 40 Х, 4 - Ре, проверенные на микротвердость.Из приведенных результатов видно, что микротвердость образцов (независимо от их материала), полученная после обработки их по предлагаемому способу, значительно выше, чем микротвердость образцов, полученная по способу-прототипу.Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ. прост в реализации, менее трудоемок, поэво ляет получать поверхности изделий с заранее заданными .свойствами, с хорошей повторяемостью, что- дает возможность автоматизировать процесс.В результате использования предлагаемого способа обработки поверхности повышаются эксплуатационные характеристики обрабатываемых изделий, такиеУ как. износостойкость, микротвердость а также пластичность, корроаионная стойкость, коэФФициент трения и др,Формула изобретенияСпособ обработки-поверхности изделий из электропроводящих материалов, преимущественно твердого сплава,1708926 2 13 с 2 Таблиц а 1 Относительное процентное соотношение компонентов в изделиях Материал 4 1 56 123 До обработкй поверхности изделия 98,819 1,18192,736 7,264 95 э 031 98,147 1,969 1,853 91,832 94,121 8,168 5,87995,708 4,29290,132 9,868 95,8 СО 4,17490,193 9,807 95,576 4,39490,347 9,653 РЬ Тд Таблица 2 Ток дугиСостав плазмы, .ПримечаниеВ.Появляется материал, неподлежащий коррекции 4,5 А СО+, СО+, С 7,5 А 0,3 А Кат одное пятно не включающий зажигание дугового разряда на поверхности изделия, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения способа, возможности регулирования поверхностных свойствизделий за счет получения поверхности с заданным процентным соотношением компонентов, повышения износо"стойкости и микротвердости, поверхность обрабатывают инициированнымкатодным пятном при токе дуги Тф,выбранном в интервале где 1 о - минимальный ток, при кото"ром существует дуговой разряд на поверхности того компонента, которыйнеобходимо уменьшить в поверхностномслое;10 дю- минимальный ток существова"ния дугового разряда на материале,не подлежащем удалению.9 После обработки поверхности изделияпо предлагаемому способу= 1,8 А 1 ОРЬ = 0,3 А 1 рт. Та 6 ли ц а 3 Износ (Ь), мм Контрольные образцы2 3 4 5 6 7 8 9 10 Образцы, обрабатываемые по предлагаемому способу 0,2 0,23 0.,18 0,25 0,16 0,34 0,4 0,3 0,5 0,2 о 72 о 8 о 6. 081 04 0,12 0,12 0,12 0,120,15 0,152 .02 015 Г 1502 02 Таблица 4 Иатериал: Иикротвердость Нц мН/м 2 Образцы, обработанные по предлагаемому способу г 13,200 15,620 3,750 1.3,210 14,950 3,58 С способу-прототипу Образцы, обработанные 3,600 3,150 8,000 4,100