3. Повышение износостойкости деталей применением традиционных методов упрочнения.

Проблема повышения стойкости и долговечности инструмента очистных и проходческих комплексов, зубьев ковшей экскаваторов, металлообрабатывающего и деревообрабатывающего инструментов и т.д., равно как и деталей этих машин, особенно остро встала в последние годы в связи с резким их удорожанием.

Применяемые в настоящее время различные способы и средства повышения ресурса инструментов (специальная термообработка, напыление, искровое легирование, лазерная обработка и т.д.) являются весьма дорогостоящими и не позволяют существенно в 1,5 - 2,5 раза поднять их эксплуатационные показатели в условиях производства. Из многих технологий, которыми мы располагаем в настоящее время, особый интерес представляют физические методы упрочнения, в частности, методы магнитно-импульсной обработки (МИО) вызывающие необратимые структурные изменения в обрабатываемом материале.

В тоже время эффективность традиционных методов упрочнения может быть значительно повышена при применении МИО, что хорошо видно из таблицы 1. 

табл.1.

Повышение эффективности некоторых методов традиционного упрочнения и защита поверхностей деталей машин МИО 

Способ упрочнения	МИО*
Оксидирование	130
Фосфатирование	120
Хромирование	140
Никелирование	160
Борирование	126
Электроискровое легирование	180
Плазменное напыление	167
Нитроцементация	122
Диффузиционное хромирование	142
Обработка взрывом	166
Прокатывание	156
Наклеп	120
Закалка изотермическая	136
Закалка ступенчатая	128
Закалка с обработкой холодом при t=-270с	150
Термомеханическая обработка	170

МИО^* - За 100% приняты традиционные методы упрочнения.

  Сущность новой технологии магнитно - импульсного упрочнения состоит в том, что при магнитно - импульсном воздействии вещество изменяет свои физические и механические свойства. Улучшение свойств у ферромагнитных материалов, прошедших МИО, достигается за счет направленной ориентации свободных электронов вещества внешним полем, вследствие чего увеличивается тепло- и электропроводность материала детали.

Взаимодействие импульсного магнитного поля с деталью из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества. Поэтому, чем выше концентрация поверхностных и внутренних напряжений в металлических деталях , тем больше вероятность локальной концентрации в них микровихрей внешнего поля, которые нагревают участки вокруг кристаллов напряженных блоков и неоднородностей структуры металла. Градиент теплового потока при МИО тем выше, чем менее однородна микроструктура металла.

В местах концентрации остаточных или усталостных напряжений, связанных с технологией производства, обработки или эксплуатации детали, теплота, наведенная при МИО вихревыми токами, частично уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов и зерен структуры образца особенно в зоне контакта напряженных участков. Микроструктура сплава улучшается в течении 0,01 . . . 1,0 сек.

Кроме того, вихревое магнитное поле обуславливает более равномерное охлаждение детали. Сказанное выше подтверждается результатами проведенных испытаний представленных в таблице.

Изменение напряжений в материалах и инструментах при МИО 

Материалы образца и инструмента	Концентрация напряжений % при Литье ковке термообработке сборке
Сталь У18А	20/7	15/5	80/15	-
Сталь У12А	15/6	20/5	74/12	-
Резцы сталь У8А	9/4	15/4	74/10	-
Резцы сталь У12А	12/5	19/5	78/12	-
Р6М5	10/5	12/6	72/12	-
Сверло сталь Р6М5	-	10/4	88/16	-
Сплав ВК6	-	-	100/60	-
Резец сплав ВК6	-	-	100/68	-
Режущий инструмент с механическим креплением твердосплавных пластин	-	-	84/24	100/36
Комбинированные фрезы	-	-	52/32	100/42

Примечание. В числителе даны значения без обработки, в знаменателе при МИО

 А в таблице 3 представлены некоторые физические и механические характеристики твердых сплавов, прошедших МИО.

табл.3.

Некоторые физические и механические характеристики твердых сплавов без обработки(1) и с МИО(2).

 

Марка твердого сплава	Температурный коэффициент линейного расширения 10-6К-1	Теплопроводность Вт/(мхК)	Удельная теплоемкость дж/(кгхК)	Предел прочности при изгибе, МПа
ВК4	4.8/4.7	66.0/66	56/61	1310/1450
ВК6	5.2/5.1	69.0/76	62/64	1480/1700
ВК8	5.6/5.4	70.0/80	70/75	1560/1830
ВК10	6.2/6.0	75.0/80	65/71	1730/1980
ВК15	6.8/6.5	77.0/82	69/79	1990/2300
Т30К4	7.2/7.0	38.9/46	25/30	910/980
Т15К6	6.8/6.3	20.4/28	28/32	1150/1310
Т14К8	5.9/5.6	19.2/26	31/36	1300/1500
Т5К10	6.4/5.5	22.9/25	33/40	1360/1540
ТТ8К6	7.6/6.8	28.6/34	29/31	1200/1350
ТТ10К8	7.8/7.0	31.4/34	34/38	1500/1800
ТТ20К9	8.5/8.0	48.7/51	39/43	1350/1560