LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Технологічні засади підвищення зносостійкості дереворізального інструменту комплексною електроіскровою і лазерною обробкою

легуванні його літієм, може дати додатковий позитивний ефект щодо стійкості дереворізального інструменту.

З літературних даних, з аналізу діаграм стану можна зробити висновок, що з основними компонентами, які утворюють евтектичний сплав системи Fе-В-Мn-С-Si-Cr, літій практично не взаємодіє, чого не можна сказати про шкідливі домішки, які утворюються в цьому сплаві при його синтезі. Тому був розроблений склад евтектичного сплаву із системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr, до якої добавили літій у певних співвідношеннях і провели оптимізацію цього сплаву по зносостійкості для випадку комплексної обробки (ЕІЛ+ОКГ).

Результати оптимізації складу щодо інтенсивності зношування показали оптимальний вміст легуючих елементів (С=0,6...1%; Mn=1,6...5%; В=0,9...3,45%; Si=1,25...4,2%; Cr=6,5...13%; Li=0,3...1,15%; Fe – решта) і граничне співвідношення бору до літію, як 3:1. Бінарні покриття нанесені на сталі У8 і Р6М5 з використанням розробленого електродного сплаву володіють вищою твердістю (12800 МПа проти 11000 МПа) та підвищеним рівнем зносостійкості в порівнянні з відомим сплавом системи Fе-Мn-С-В-Si-Cr (в середньому в 1,5 рази).

Склад нового евтектичного сплаву захищено Деклараційним патентом України на винахід. З врахуванням цього сплаву розроблена технологія виготовлення електродних матеріалів для електроіскрового легування, а також - технологія нанесення зносостійких покриттів комплексним електроіскровим легуванням та лазерною обробкою, яка включає в себе : підготовку деталі і нанесення електроіскрового покриття, підготовку деталі для обробки ОКГ і лазерну обробку покриття після ЕІЛ, контроль якості отриманого комплексного бінарного покриття.

Досліджено структуру і окремі фізико-механічні властивості електродного евтектичного сплаву і комплексного покриття.

За результатами ОЖЕ-електронної спектроскопії виявлено наявність в евтектичному сплаві, злам якого в переважній більшості має в'язко-пластичний характер, усіх елементів системи Fе-Мn-С-В-Si-Cr-Li. Рентгенофазовий аналіз показав наявність в сплаві таких фаз: a- Fe , Fe3(B,C), Fe2B, Fe3(Si,B).

Загальний вид структури електроіскрового покриття (рис. 1,а), нанесеного електроіскровим легуванням розробленим евтектичним електродом, засвідчує наявність ерозійних ямок, які утворюються під дією на металооснову одиничних розрядів. Їх форма залежить від діаметру електроду і кута його нахилу до площини основи.


Рис. 1. Загальний вид елекроіскрового покриття нанесеного ЕІЛ (а)

і електроіскрового покриття після обробки ОКГ (б), х70


Спостерігається подрібнення зерна під дією іскрового розряду. Цим же, а також мимовільним викидом матеріалу за межі ямки, пояснюється наявність мікротріщин на дні ямки і їх надто нерівномірний мікрорельєф. Загальний вид

електроіскрового покриття після обробки лазером засвідчує чітку сотову структуру поверхні, яка утворюється в результаті імпульсної дії лазерної обробки (рис. 1.б). При дії лазерного імпульсу відбувається локальне плавлення ділянки покриття. В результаті термокапілярної конвекції, яка виникає внаслідок нерівномірності розподілу температури на поверхні ванни розплаву та впливу тиску віддачі потоку плазми, відбувається перенесення легуючої речовини в об'єм ванни.

Після обробки ОКГ в покриттях зникають пори і мікротріщини, що позитивно впливає на експлуатаційні властивості покриттів. Границі перекриття характерні дрібними порами розміром 2...5 мкм, які мали місце на покритті після ЕІЛ. Під впливом лазерного імпульсу і тиску ударної хвилі вони витісняються до меж плями, газ з деякої частини пор виходить на поверхню і сприяє утворенню кратерів.

Металографічні дослідження сталі У8 і Р6М5 з нанесеними покриттями свідчать, що на поверхні утворюється білий шар дрібнозернистої структури певної товщини і твердості, який формується з рідкого стану і при дії на нього травників його структура не виявляється.

В загальному, у комплексному покритті на сталі (рис. 2), яке після ЕІЛ обробляли лазером з щільністю потужності 1,5 Дж/мм2, мають місце оплавлені ділянки і кратери. Це пов'язано з неоднорідним ступенем оплавлення покриття та дією ударної хвилі генерованої плазми.


Рис. 2. Мікроструктура комплексного покриття (ЕІЛ + ОКГ) (х 1000):

1 – покриття після ЕІЛ; 2 – покриття після ЕІЛ+ОКГ


У бінарному покритті ділянки високої твердості (12000...13000 МПа) межують з зонами меншої твердості (10000...11000 МПа). Перші виділяються світлим кольором внаслідок меншого протравлення на сірому фоні оплавленого шару, який більше протравлюється травниками.

Дифрактограма зразка зі сталі Р6М5 після ЕІЛ з застосуванням вище описаного електродного матеріалу характеризується наявністю відбитків від та-

ких фаз: a- Fe, Fe3(B,C), Fe2B, Fe3(Si,B). Лазерна обробка покриття після ЕІЛ призводить до появи на дифрактограмі піків від Fe3O4, реєструються також слабкі розмиті піки цементиту. Після зняття поверхневого шару покриття, піки вказаного оксиду не реєструються. На дифрактограмах шліфованих зразків спостерігаються три фазові складові : альфа- та гама – Fe i Fe3(B, C). Причому кількість аустеніту складає ~ 5%.

Із основних фізико-механічних властивостей визначали : товщину покриття, яка складає 50...60 мкм, мікротвердість "12800 МПа, шорсткість поверхні 2,5...2,8 мкм.

У п'ятому розділі приведено результати досліджень зносостійкості розробленого покриття як в лабораторних умовах, так і в умовах роботи верстатного обладнання і реального меблевого виробництва.

Встановлено вплив основних параметрів різання (швидкості, навантаження) на інтенсивність зношування різців з розробленим новим комплексним покриттям (табл.). Отримано регресійні рівняння для визначення екстремальних ділянок зношування різального інструменту з новим покриттям.

Таблиця

Результати інтенсивності зношування різців з комплексним покриттям (електрод системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li) в залежності від режимів різання

Швид- кість V, м/с Наванта- ження Р, Н Інтенсивність зношування Ізн, мг/км

сталь У8+(ЕІЛ+ОКГ) сталь Р6М5+(ЕІЛ+ОКГ)

3 6 9 10 10 10 0,095 0,025 0,004 0,065 0,007 0,001

3 6 9 20 20 20 0,180 0,025 0,009 0,160 0,025 0,009

3 6 9 30 30 30 0,800 0,450 0,030 0,300 0,040 0,030


Регресійні рівняння в координатах V i P для кожної із сталей мають вигляд :


сталь У8: Ізн=1130,5-193,8V-125,5P+15,6VP+8,8V2+4,2P2-0,3V2P-0,4P2V (1)


сталь Р6М5: Ізн= -85,1+37,03V+21,7P-7,3VP-3,2V2+0,3P2+0,6V2P-0,03P2V (2)


На основі цих рівнянь встановлено основні закономірності зміни інтенсивності зношування дереворізального інструменту із сталі У8 і Р6М5 з розробленим комплексним бінарним покриттям залежно від швидкості різання і питомого навантаження.

Сумарні діаграми зношування (рис. 3)