Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Аннотация Приведены результаты выполненных экспериментальных исследований процесса электроискрового легирования (ЭИЛ) в направлении управления дисперсностью поверхностного слоя. Проведен анализ технологических параметров метода ЭИЛ, способствующих получению ультрамелкозернистых и наноструктурированных структур. Установлен широкий диапазон искровых импульсов по энергии разряда и длительности при ЭИЛ на одном электрическом режиме. Отмечено влияние на изменение размеров зерен технологических параметров ЭИЛ в исследованном диапазоне частоты импульсов 160 ...1600 Гц. Ключевые слова: электроискровое легирование, искровой импульс, поверхностный слой, дисперсность структуры, зерно. ON THE INFLUENCE OF THE ENERGY PARAMETERS OF SPARK DISCHARGES ON THE DISPERSION OF THE STRUCTURE OF THE SURFACE LAYER OF METALLIC MATERIAL V. I. Ivanov1, P. S. Gordienko2, L. A. Konevtsov3 1Federal State Budget Scientific Institution "Federal Scientific Agroengineering Center VIM" (FSBSI FSAC VIM), Moscow, Russia 2Institute of Chemistry of the Far-Eastern Branch of the RAS (FEI RAS), Vladivostok, Russia 3Institute of Materials Science, Khabarovsk Scientific Center, Far-Eastern Branch of the RAS, Khabarovsk, Russia Abstract The article presents the results of performed experimental studies of the process of electrospark alloying (ESA) in the direction of controlling the dispersion of the surface layer. The analysis of the technological parameters of the ESA method, facilitating the production of ultrafine-grained and nanostructured structures, is carried out. A wide range of spark pulses is established for the energy of discharge and duration for ESA in one electrical mode. The effect on the change in grain size of technological parameters of ESA in the investigated frequency range of pulses of 160 ... 1600 Hz, is noted. Keywords: еlectrospark alloying, spark pulse, surface layer, structure dispersion, grain. Введение. Эксплуатационные свойства различных изделий (детали машин, инструменты) в значительной степени зависят от химического и фазового состава, структуры и свойств поверхностного слоя. При этом прочностные свойства связаны с дисперсностью структуры, размерами ее зерен. Уменьшение дисперсности структуры вплоть до создания наноструктурированного слоя способствует значительному улучшению физико­ механических и химических свойств поверхностного слоя, положительно влияет на увеличение ресурса изделий. Влияние размера зерен, которое в значительной степени определяет микротвердость материалов, связанную с пределом текучести а т, хорошо изучено на металлических и керамических материалах с размером зерен D более 1 мкм. Согласно закону Холла — Петча [1, 2]: ат = ао + kyD'l/2, ( 1 ) где ао— внутреннее напряжение, препятствующее движению дислокаций; ky - постоянная. При температуре Т/Тш < 0,4-0,5 (Тт - температура плавления) твердость Ну (микротвердость по Виккерсу) связана с пределом текучести ат эмпирическим соотношением Ну / а т ~ 3 [3]. Отсюда следует размерная зависимость твердости: Ну ~ Н 0 + kD"1/2, (2) где Н 0 и k — постоянные. В качестве примера автор [4] отмечает, что при 300 К микротвердость нанокристаллических материалов в 2-7 раз выше, чем Ну крупнозернистого материала. Одним из методов формирования поверхностного слоя на изделиях из металлических материалов является электроискровое легирование (ЭИЛ). Этот метод эффективно применяется более 70 лет в различных областях промышленности для увеличения ресурса деталей, инструментов, технологической оснастки, а также для восстановления размеров изношенных в процессе эксплуатации деталей [5, 6 ]. Эффективность его определяется созданием функциональных покрытий повышенного ресурса в процессе полярного переноса электродного материала требуемого состава. Рабочим инструментом метода ЭИЛ является электрическая искра, от параметров которой (энергия, длительность) зависит количество перенесенного с анода на катод электродного материала и его тепловое состояние; многократное воздействие искровыми импульсами ведет к изменению рельефа поверхности катода-детали, химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя. 637