6.7.22. Криогенноэрозионное упрочнение

Проведенные испытания упрочненных пазовых фрез из сплава Р18 показали, что стойкость инструмента при обработке жаропрочных сплавов возросла в 2-3 раза и по этому показателю получен уровень, достигнутый после ионноплазменного напыления.

Применение рассматриваемого метода для упрочнения твердосплавных резцов пока не дало положительного результата, т.к. на выбранных режимах возникали сетки микротрещин, снижающих стойкость такого инструмента.

Положительные результаты получены при упрочнении кромки режущих инструментов в медицинской технике. Для этого из партии медицинских скальпелей для упрочнения было произвольно выбрано 4 штуки, каждому из них был присвоен порядковый номер от 1 до 4. Два скальпеля упрочнили на установке ЭЛФА-731 в среде жидкого азота электродом из титанового сплава ОТ4-1. Режим обработки: ток около 0,2 А, подача до 30 мм/с, расход жидкого азота около 0,2 л/мин. Затем для одного инструмента из каждой партии провели металлографические исследования и установили, что после упрочнения все микротрещины заполнены высокопрочным нитридом титана. Это дает основание ожидать значительного повышения стойкости режущей части между переточками. По одному скальпелю было отдано в медсанчасть, где они использовались при операциях. Их подвергали многократным стерилизациям, между которыми изучали поверхность и состояние заточки, для чего делали разрезку пластмассовых образцов. Люминесцентный контроль показал, что после 10 стерилизаций количество и раскрытие микротрещин на неупрочненном инструменте начало резко возрастать, а на режущей части появились выкрашивания. На упрочненном инструменте микротрещин и следов затупления не наблюдалось, стерилизация не вызвала изменения внешнего вида и характеристик режущей части. Длительные испытания показали возрастание работоспособности после упрочнения более чем в 10 раз. Проведенные испытания подтвердили эффективность и экономическую обоснованность упрочнения медицинского инструмента в среде жидких газов.

6.7.23. Электроэрозионное восстановление деталей с термическим упрочнением

Метод электроискрового наращивания металла осуществляется без существенного нагрева заготовки и включает перенос части материала электрода-инструмента на восстанавливаемое или упрочняемое изделие. При применении электрода из твердого сплава он проникает в материал изделия (на глубину до 0,07 мм), а часть остается на обрабаотываемой поверхности, что может быть использовано для компенсации износа детали и ее восстановления до номинального размера.

Для легирования применяют стальные и твердосплавные электроды (ВК-2, ВК-3, ВК-4, ВК-6, ВК-8, Т4К30, Т5К10 и другие). Микротвердость наружного слоя, упрочненного металла, достигает 6500…7000 МПа, а при упрочнении ферробором – 11000…12000 МПа. Для электродов из Т15К6 при толщине слоя около 0,3 мм прочность сцепления его с основным металлом составляет до 900 МПа, что значительно выше, чем при различных видах наплавки, сопровождающихся изменением свойств материала и потерей точности.

Испытания восстановленных электроискровым способом образцов показали, что при наращивании их феррохромом ручным способом износостойкость стали 45 повышается в 3…5 раз, а механизированным способом в 10…14 раз. Толщина наносимого покрытия при восстановлении деталей достигала до 1,5 мм на сторону.

На рис. 6.65 изображена зависимость высоты неровностей поверхности от толщины наносимого слоя.

Рис. 6.65. Изменение шероховатости поверхности от толщины покрытия

На рис. 6.66 показана плотность материала наносимого покрытия в зависимости от его толщины. На рис. 6.67 показана деформация (осадка) покрытия в процессе наращивания.

Рис. 6.66. Зависимость площади заполнения покрытия от его толщины

Рис. 6.67. Изменение осадки покрытия от его толщины

Чем мягче применяемый режим (рис. 6.68) обработки, т.е., чем меньше энергия импульсов тока, тем тоньше слой, полученный в единицу времени, но тем выше качество нанесенного покрытия.

Рис. 6.68. Глубина лунок в покрытии в зависимости

от его толщины

В случае, приведенном на рис. 6.68, наблюдается переходная зона небольшой толщины, где слой покрытия плотный и поверхность его имеет малую шероховатость. Отсутствие переходной зоны и наличие чистой поверхности иногда имеет решающее значение при выборе режима обработки, поэтому часто оказывается целесообразным отдавать предпочтение покрытиями толщиной до 0,3-0,5 мм, которые имеют малую пористость и хрупкость.

На грубых режимах (энергия более 2 Дж) в начале нанесения металла процесс осуществляется наиболее интенсивно, затем перенос материала с электрода на заготовку замедляется и полностью прекращается. Дальнейшее упрочнение приводит к разрушению уже нанесенного слоя.

Время обработки, при котором имеет место максимум толщины покрытия, зависит от свойств материала электрода и заготовки. Машинное время назначают исходя из условия получения сплошного покрытия на всей поверхности. Максимально допустимое время обработки выбирается из условия снижения переноса металла на заготовку. При этом качество поверхностного слоя начинает заметно ухудшаться (появляются выступы и прижоги).

Электроискровым способом возможно нанесение покрытий на любые сплавы. При этом в качестве материала электродов используются различные токопроводящие сплавы. Так для повышения стойкости режущих инструментов, разделительных и формообразующих штампов, увеличения износостойкости деталей машин целесообразно применение не только твердых сплавов группы ТК и ВК, графита марок МПГ-6 и МПГ-7, но в ряде случаев чугуна и других материалов, при этом восстановление размеров деталей производят в основном электродами из материала, аналогичного или близкого к материалу детали.