MD685Z - Procedeu de obţinere a acoperirii multistrat prin metoda alierii cu scântei electrice - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la domeniul de prelucrare a metalelor, şi anume la un procedeu de obţinere a acoperirii multistrat prin metoda alierii cu scântei electrice şi poate fi utilizată în industria construcţiilor de maşini pentru mărirea rezistenţei la coroziune a pieselor maşinilor, sculelor şi utilajului tehnologic.Procedeul, conform invenţiei, constă în aceea că pe un suport se aplică pe rând câteva straturi alternante ale aliajului de carbură de wolfram sau de carbură de titan şi ale cobaltului cu energia în impuls de 0,02…0,3 J la frecvenţa de 200…1500 Hz, totodată se efectuează deformarea plastică superficială a fiecărui strat.

Description

Invenţia se referă la domeniul de prelucrare a metalelor, şi anume la un procedeu de obţinere a acoperirii multistrat prin metoda alierii cu scântei electrice şi poate fi utilizată în industria construcţiilor de maşini pentru mărirea rezistenţei la coroziune a pieselor maşinilor, sculelor şi utilajului tehnologic.

Pentru recondiţionarea şi durificarea pieselor maşinilor şi a sculelor se foloseşte metoda alierii prin scântei electrice. Ea are aşa avantaje ca legătura durabilă a materialului acoperirii cu baza, ca rezultat al formării soluţiilor solide şi, de asemenea, a compuşilor chimici, posibilitatea aplicării diferitelor metale conducătoare de curent electric şi aliajelor, lipsa necesităţii pregătirii prealabile a suprafeţei. Acoperirile aplicate îmbunătăţesc semnificativ proprietăţile fizico-chimice ale suprafeţei prelucrate, duritatea şi rezistenţa la uzură [1].

Dezavantajele acestei metode constau în aceea că suprafeţele prelucrate au o rugozitate înaltă, precum şi porozitate şi continuitate redusă. Mai ales din cauza ultimelor, acoperirile obţinute prin metoda alierii cu scântei electrice nu pot fi utilizate în calitate de acoperiri protectoare, care protejează baza de coroziune.

În calitate de cea mai apropiată soluţie serveşte procedeul de mărire a rezistenţei oţelului la coroziune, care constă în aceea că piesa din oţel mai întâi se supune alierii cu scântei electrice cu un metal rezistent la coroziune, cu timpul specific de aliere de 1 min/cm2, la un regim cu energia descărcării electrice în diapazonul 0,3…4,0 J. Apoi se efectuează tratarea termochimică, care constă în încălzirea anodică a piesei timp de 30 s într-un electrolit, ce conţine compuşi azotici NH4Cl 100 g/l şi NH4OH 50 g/l sau NH4Cl 110 g/l şi NaNO3 110 g/l, până la temperatura de 750°C, la tensiunea dintre electrozi de 150…220 V, cu densitatea curentului electric de 1…15 A/cm2, şi răcirea ulterioară a piesei la aer [2].

Dezavantajele acestui procedeu constau în aceea că parametrii daţi ai procesului de aliere prin scântei electrice nu au permis de a forma acoperiri destul de groase, fără pori şi cu o rugozitate mică, iar cu tratamentul termochimic se reuşeşte numai de a netezi puţin neuniformităţile acoperirii. Deseori se formează pori străpunşi, care duc la distrugerea suportului.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în elaborarea procedeului de mărire a rezistenţei la coroziune şi la uzură a oţelului, ca rezultat al formării acoperirii multistrat cu rugozitate şi porozitate mică.

Problema se rezolvă prin aceea că procedeul de obţinere a acoperirii multistrat prin metoda alierii cu scântei electrice constă în aceea că pe un suport se aplică pe rând câteva straturi alternante ale aliajului de carbură de wolfram sau de carbură de titan şi ale cobaltului cu energia în impuls de 0,02…0,3 J la frecvenţa de 200…1500 Hz, totodată se efectuează deformarea plastică superficială a fiecărui strat.

Rezultatul tehnic al utilizării acestui procedeu este mărirea rezistenţei la coroziune şi la uzură a pieselor, datorită formării acoperirilor dense prin scântei electrice, cu rugozitate şi porozitate mică.

Exemplu de realizare a invenţiei

Încercările acestui procedeu s-au efectuat în felul următor. Au fost fabricate probe din oţel 45. La instalaţia ПЭЛ-28 ele au fost aliate de la început cu aliajul dur BK8, apoi cu cobalt la un regim cu energia în impuls de 0,08 J la frecvenţa vibratorului de 200 Hz. Au fost aplicate câte 3 straturi de BK8 şi de cobalt pe rând. Fiecare strat aplicat a fost supus deformării plastice superficiale (DPS) cu ajutorul unei role din aliaj dur. Rugozitatea suprafeţei era Ra=0,8...1,9 µm, ceea ce a permis de a efectua încercări la frecare şi uzură. Încercările la coroziune au fost efectuate în electrolitul, g/l: NaCl - 7,0, Na2SO4 (anhidru) - 7,0, la curentul electric de 10 mA, timp de 1, 3 şi 5 ore. Încercările la capacitatea de a rezista la uzură în condiţiile frecării fără lubrifiant s-au efectuat la maşina de frecare la sarcina de 140 N, viteza de alunecare de 0,3 m/s. Ca contracorp au servit probe din oţel călit 40X(HRC 55-58).

Rezultatele încercărilor sunt prezentate în tabelele 1 şi 2.

Tabelul 1

Influenţa timpului încercărilor asupra vitezei

de decapare (mg/cm2)

Materialul Timpul încercărilor, ore 1 3 5 Oţel 45 114,0 409,0 425,0 Oţel 45 + cobalt fără DPS 85,0 275,0 340,0 Oţel 45 + BK8 fără DPS 45,0 149,0 184,0 Oţel 45 + cobalt + DPS 90,1 304,0 381,4 Oţel 45 + BK8 + DPS 31,0 110,1 144,3 Oţel 45 + 3 strat. de BK8 + 3 strat. de cobalt fără DPS 23,2 81,3 101,4 Oţel 45 + 3 strat. de BK8 + 3 strat. de cobalt + DPS 10,4 44,2 60,5

Tabelul 2

Influenţa componenţei acoperirilor asupra pierderilor de la uzură, mg (la o oră de încercări) (numărătorul - acoperirea, numitorul - contracorpul)

Materialul Uzura, mg Oţel 45 6,5/2,3 Oţel 45 + cobalt fără DPS 4,2/2,2 Oţel 45 + BK8 fără DPS 0,75/15,0 Oţel 45 + cobalt + DPS 3,4/1,9 Oţel 45 + BK8 + DPS 0,75/11,2 Oţel 45 + 3 strat. de BK8 + 3 strat. de cobalt fără DPS 3,8/1,5 Oţel 45 + 3 strat. de BK8 + 3 strat. de cobalt + DPS 3,7/2,8

Din tabele se vede că aplicarea acoperirilor numai din cobalt ori numai din BK8 duce la micşorarea pierderilor la coroziune (chiar fără DPS). Utilizând DPS la aşa acoperiri, se micşorează rugozitatea lor şi se măreşte densitatea, micşorând totodată numărul porilor prin care electrolitul pătrunde către suport, provocând corodarea acoperirii sau chiar distrugerea ei parţială. Când însă se aplică câte 3 straturi de BK8 şi de cobalt pe rând, efectuând DPS după fiecare din ele, aceasta duce la micşorarea bruscă a rugozităţii acoperirilor. De exemplu, fără DPS rugozitatea acoperirii din BK8 şi din cobalt era egală corespunzător cu 5,9 şi 4,7 µm, dar după DPS ea era egală cu 0,8...1,9 µm. Aceasta, pe de o parte, a micşorat suprafaţa acoperirii, care se atingea de electrolit, care în felul său a micşorat pierderile la coroziune. Totodată, datorită aplicării a trei straturi de acoperiri din BK8, apoi din cobalt şi efectuării DPS a fiecărui strat, continuitatea acoperirii a crescut, nu a avut loc corodarea bazei mai puţin rezistente la coroziune şi pierderile la coroziune s-au micşorat semnificativ (la toate timpurile de încercări).

Totodată s-au îmbunătăţit semnificativ condiţiile de frecare, chiar fără folosirea lubrifiantului. Însuşi aliajul BK8 şi acoperirile pe baza lui sunt rezistente la uzură. În practică însă este foarte important să fie rezistentă întreaga cuplă de frecare - piesa şi contracorpul. Datorită DPS are loc micşorarea rugozităţii acoperirii, se netezesc marginile şi proeminenţele ascuţite de pe suprafaţa acoperirii din BK8 şi rezistenţa contracorpului creşte. Este foarte important ca de la început pe piesă să fie aplicat aliajul dur BK8, iar apoi cobaltul. Datorită acestui fapt se îmbunătăţeşte considerabil rodajul suprafeţelor conjugate, se micşorează sau chiar se lichidează griparea, se micşorează uzura contracorpului şi cupla în frecare are o perioadă de lucru cu mult mai mare.

Astfel, procedeul elaborat permite nu numai de a mări semnificativ rezistenţa la coroziune a acoperirilor (obţinute prin metoda alierii prin scântei electrice) datorită micşorării rugozităţii şi măririi continuităţii lor, dar şi de a mări perioada de lucru a conjugărilor în frecare.

1. Томашов Н., Чернова Г. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы. Москва, Металлургия, 1986, с. 329-330

2. MD 3708 F1 2008.09.30

Claims (1)

1. Procedeu de obţinere a acoperirii multistrat prin metoda alierii cu scântei electrice, care constă în aceea că pe un suport se aplică pe rând câteva straturi alternante ale aliajului de carbură de wolfram sau de carbură de titan şi ale cobaltului cu energia în impuls de 0,02…0,3 J la frecvenţa de 200…1500 Hz, totodată se efectuează deformarea plastică superficială a fiecărui strat.