Области практического применения электроэрозионных порошков
Данная презентация поможет накопить у студентов и аспирантов прикладные навыки и сформировать профессиональные компетенции.
Спеченные твердые сплавы имеют в современной технике очень большое значение. Основой большинства применяемых твердых сплавов является карбид вольфрама. С экономией вольфрама тесно связаны мероприятия по сбору отходов твердых сплавов и их переработка. В отечественной и зарубежной промышленности в настоящее время применяют несколько методов переработки отходов твердых сплавов, которые в большинстве своем характеризуются крупнотоннажностью, энергоёмкостью, большими производственными площадями, малой производительностью, а также экологическими проблемами. Одним из перспективных методов получения порошка, практически из любого токопроводящего материала, в том числе и твердого сплава, отличающийся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса, является …
ЭЭД метод (электроэрозионного диспергирования)
Широкое использование метода ЭЭД для переработки вольфрамсодержащих твердых сплавов в порошки с целью их повторного использования сдерживается отсутствием в научно-технической литературе полноценных сведений по влиянию исходного состава, режимов и среды получения на свойства порошков и технологий практического применения.
Одной из основных причин выхода из строя является их изнашивание • При большом многообразии видов и механизмов изнашивания в машиностроении одной из актуальных проблем является повышение качества деталей, работающих в условиях абразивного и коррозионноабразивного изнашивания, характерных для сельхозмашин, автомобилей, дорожно-строительных, пищеперерабатывающих машин, горнодобывающего оборудования и т. д. Эта проблема может быть решена за счет применения эффективных методов изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин путем применения специальных материалов, обеспечивающих получение покрытия с заданными физико-механическими свойствами.
Такими материалами, с точки зрения цены и качества, являются, прежде всего, порошковые твердые сплавы, полученные из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.
• Одной из основных проблем развития современного машиностроения является повышение качества, надежности и долговечности деталей, узлов и механизмов. Одной из основных причин выхода из строя является их изнашивание. При большом многообразии видов и механизмов изнашивания в машиностроении одной из актуальных проблем является повышение качества деталей, работающих в условиях абразивного и коррозионно-абразивного изнашивания, характерных для сельхозмашин, автомобилей, дорожно-строительных, пищеперерабатывающих машин, горнодобывающего оборудования и т. д.
• Эта проблема может быть решена за счет применения эффективных методов изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин путем применения специальных материалов, обеспечивающих получение покрытия с заданными физико-механическими свойствами. Такими материалами, с точки зрения цены и качества, являются, прежде всего, порошковые твердые сплавы, полученные из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.
• Восстановление деталей современной автотракторной техники с высоким уровнем надежности и требуемым ресурсом – сложная и актуальная задача. Эта задача может быть решена за счет применения эффективных методов поверхностного упрочнения при восстановлении деталей машин путем применения специальных износостойких материалов, обеспечивающих получение покрытий с заданными физическими свойствами.
Разработка и внедрение технологии упрочнения режущего инструмента электроискровым легированием Получение и исследование электродов из твердосплавных электроэрозионных порошков:
В качестве материала для получения цилиндрических твердосплавных электродов выбран порошок, полученный из отходов твердого сплава Т 15 К 6 в керосине осветительном. Образцы заготовок из твердосплавных электроэрозионных порошков получали изостатическим прессованием (давление − 300 МПа) на прессе «EPSI» и термообработкой (спеканием) в вакууме в высокотемпературной печи «Nabertherm» при температуре 1500 о. С в течение двух часов.
Получение образцов для дальнейшего исследования из заготовок изделий спеченного порошка карбида вольфрама проводили механическим способом с помощью автоматического высокоточного настольного отрезного станка «Acuutom-5» . Был использован алмазный диск для резки керамик и минералов «MOD 15» . Пробоподготовку (шлифование и полирование) поверхности образцов заготовок изделий спеченного порошка карбида вольфрама проводили с помощью шлифовальнополировального станка для ручной пробоподготовки «Labo. Pol-5» .
ДАЛЕЕ представлены результаты исследования микроструктуры поверхности образцов, пористости и размера зерна полученных электродов после травления с помощью оптического инвертированного микроскопа «OLYMPUS GX 51» , оснащенного системой автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab» .
Морфология (а) и состав электродов для ЭИЛ из порошка, полученного ЭЭД твердого сплава Т 15 К 6, в точке
Cостав электродов для ЭИЛ из порошка, полученного ЭЭД твердого сплава Т 15 К 6, в точке 1 :
Cостав электродов для ЭИЛ из порошка, полученного ЭЭД твердого сплава Т 15 К 6, в точке 2:
Cостав электродов для ЭИЛ из порошка, полученного ЭЭД твердого сплава Т 15 К 6, в точке 3:
эил (электроискровое легирование) металлических поверхностей является одной из самых перспективных современных упрочняющих технологий. Под действием кратковременного электрического разряда, протекающего между упрочняемой поверхностью – катодом и упрочняющим материалом – анодом, происходит перенос элементов материала анода на поверхность катода в виде поверхностного легированного слоя (ПЛС) с повышенными физикомеханическими свойствами. При ЭИЛ происходит преимущественное разрушение материала анода в паровой, жидкой и твердой фазах.
• В настоящее время технология электроискрового легирования широко используется для увеличения твердости, коррозионной стойкости, а также износостойкости и жаропрочности металлических поверхностей деталей и инструмента. • При ЭИЛ в качестве электродных материалов используется широкий спектр металлов и сплавов. В настоящее время в основном используются тугоплавкие соединения − твердые сплавы.
Полученные электроды апробированы и внедрены для упрочнения режущего инструмента электроискровым легированием в ООО «Завод по ремонту горного оборудования» Михайловского горно-обогатительного комбината г. Железногорск и ОАО «Геомаш» г. Щигры Курской области. Согласно акта испытания сверл 12 мм ГОСТ 10903 -78 от 28. 02. 2011 г. установлено следующее: • Сверло с электроискровым легированием передней режущей поверхности электродом из порошка, полученного ЭЭД отходов твердого сплава Т 15 К 6 (рис. 1) • Сверло № 2 – без электроискрового легирования. Рис. 1
В результате испытания выявлено: − сверло № 1 с электроискровым легированием имеет износ по передней поверхности не более 0, 3 мм; − сверло № 2 без электроискрового легирования имеет износ по передней поверхности 1, 3 мм.
Выводы комиссии: 1. Количество приобретенных сверл 12 мм с коническим хвостовиком ГОСТ 10903 -78 согласно «Общей ведомости прихода материалов в ЗРГО» по складу № 8 за период с 01. 2010 по 31. 12. 2010 г. составляет – 164 шт. , общей стоимостью 14302, 38 руб. 2. Фактическая стойкость сверла с электроискровым легированием – 17, 4 мин до первой переточки. 3. Фактическая стойкость сверла без электроискрового легирования – 4, 3 мин до первой переточки. 4. Стойкость сверла с электроискровым легированием превышает стойкость обычного сверла в 4, 3 раза. 5. На основании выше изложенного сумма на приобретение годовой потребности сверл 12 мм снижается до 3575, 6 руб. , т. е. экономия составляет 10726, 78 руб.
Выводы комиссии: Годовые затраты на приобретение сверл составила 190 тыс. руб. 6. Электродов в количестве 70 шт. достаточно для электроискрового легирования режущего инструмента на протяжении 2 -х лет при 2 -х сменном графике работы на установке.
ДАЛЕЕ • Представлены результаты исследования микроструктур покрытий, полученных ЭИЛ с использованием электродов.
• Микроструктуры покрытий, полученных ЭИЛ с использованием порошков сплава Т 15 К 6, полученных ЭЭД, х450 9 (косой срез)
• Микроструктуры покрытий, полученных ЭИЛ с использованием порошков сплава Т 15 К 6, полученных ЭЭД, х 450 (поверхность покрытия)
• Видно, что дефекты типа пор, трещин и несплошностей отсутствуют. Примеры упрочненного инструмента и свойства их покрытий, представлены в далее в таблице. Показано, что стойкость режущего инструмента, упрочненного с использованием предложенного электрода, повышается в 3, 8… 4, 8 раза.
Примеры упрочненного инструмента ЭИЛ с использованием в качестве электродного материала твердосплавных электроэрозионных порошков и их свойства
• Обработку проводили на болгарской механизированной установке «ЭЛФА-541» (рисунок 4) с вращающимся электродом и столом, движущимся с постоянной скоростью. Процесс ЭИЛ: а) схема процесса; б) установка ЭЛФА-541
• Отработка технологии нанесения упрочняющего • • • покрытия из твердого сплава осуществлялась на следующих режимах: 1) емкость разряда С = 0, 68 мк. Ф; 2) сила тока J = 9, 6 А; 3) частота следования импульсов f = 66 к. Гц; 4) коэффициент заполнения τ = 2; 5) частота вращения электрода ω = 4000 об/мин; 6) скорость передвижения электрода V = 0, 4 – 0, 5 мм/сек; 7) число проходов n = 2.
• • В результате упрочнения образуется регулярный микрорельеф из полос по образующей конуса вдоль оправки со следующими характеристиками: микротвердость (12… 18 ГПа); шероховатость • Ra = 5, 7… 6, 8 мкм; толщина 10 – 12 мкм. • Качество поверхности (Ra) инструмента, упрочненного локальным электроискровым нанесенным покрытием (ЛЭНП) в значительной степени зависит от правильного выбора технологического режима его нанесения – энергетических и частотных параметров процесса • (J, С, f и др. ). • С целью получения минимальной шероховатости была проведена оптимизация энергетических и частотных параметров процесса: силы тока – J, емкости заряда – С, частоты импульсов – f.
2. «Разработка и внедрение технологии восстановления шеек коленчатых валов и тарелок клапанов двигателей внутреннего сгорания плазменно-порошковой наплавкой с использованием твердосплавных электроэрозионных порошков. »
2. 1. Технология восстановления шеек коленчатых валов • За объект промышленного опробования технологии плазменной твердосплавной порошковой наплавки был принят коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания (ДВС) марки СМД-18, устанавливаемый на тракторы, комбайны и другую сельхозтехнику.
• Коленчатый вал – это одна из наиболее ответственных, дорогостоящих, а также сложных в изготовлении и ремонте деталей двигателя. Причем стоимость нового вала в 4. . . 10 раз выше стоимости восстановленного. Особенно ощутима эта разница для коленчатых валов двигателей автотракторной техники импортного производства, доля которых в общем объеме машинотракторного парка нашей страны с каждым годом неуклонно возрастает.
Общий вид двигатель СМД-18 коленчатый вал двигателя СМД-18
• При постановке экспериментов по восстановлению изношенных шеек коленчатых валов двигателя СМД-18 в условиях ремонтного предприятия ОАО «Краснополянская сельхозтехника» г. Курска с использованием твердосплавных порошков использовалась установка для наплавки УД-209 на основе переделанного токарного станка, выпрямитель сварочный ВДУ-506. Установка для плазменно-порошковой наплавки коленчатых валов ДВС
При этом использовалась технология плазменной твердосплавной порошковой наплавки для шеек коленчатых валов СМД-18, вышедших из последних ремонтных размеров, представленная далее в таблицах
• На изношенные шейки коленчатого вала, подлежащие восстановлению методом плазменно-порошковой наплавки, накладывается ряд требований: • 1. Коленчатые валы с кольцевыми трещинами, продольными трещинами в виде волосовин, трещинами выходящими на галтели подлежат выбраковке. • 2. На восстановление плазменной наплавкой принимаются валы с биением по средней шейке не более 0, 5 мм. • 3. Повторное восстановление плазменной наплавкой допускается после шлифовки до основного материала. • 4. Не допускается наличия трещин на поверхностях восстановленного вала.
• Порядок операций наплавочных работ по коленчатому валу СМД− 18
• Режимы плазменной твердосплавной порошковой наплавки шеек коленчатого вала СМД-18
В общем случае последовательность технологических операции по восстановлению изношенных шеек коленчатых валов с использованием твердосплавных электроэрозионных порошков представлена рисунке ниже:
«ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ»
• Видно, что плазменно-порошковая наплавка с использованием порошков сплава Т 15 К 6, полученного в керосине осветительном, приводит к образовании трещин в покрытиях, что не допустимо, поэтому от его дальнейшего использования при наплавке отказались. Показано, что твердость плазменных покрытий, полученных с добавлением порошков твердых сплавов к промышленному порошку, выше твердости покрытий, полученных с использованием только промышленного порошка. Показано, что твердость покрытий с добавлением порошка Т 15 К 6 несколько выше, чем с добавлением порошка ВК 8.
Микроструктура покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков сплава, х 450 Т 15 К 6 (вода)
• Микроструктура покрытий, полученных плазменнопорошковой наплавкой с использованием порошков сплава, х 450 Т 15 К 6 (керосин)
Свойства покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков сплава Т 15 К 6 (вода) и ВК 8 (вода): твердость поверхности
• Свойства покрытий, полученных плазменнопорошковой наплавкой с использованием порошков сплава Т 15 К 6 (вода) и ВК 8 (вода): относительная износостойкость
• Внедренная в ОАО «Краснополянская сельхозтехника» г. Курск технология показала, что стоимость восстановленного вала по данной технологии на порядок ниже стоимости нового вала при большем ресурсе последнего. В ООО «Сервис-Черноземье» г. Курск внедрена технология восстановления и упрочнения тарелок клапанов двигателей спортивных автомобилей ВАЗ-2113 плазменно -порошковой наплавкой с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. •
«Разработка и внедрение технологии восстановления и упрочнения лемехов плугов электродуговой наплавкой с использованием твердосплавных электроэрозионных порошков»
• Лемех плуга в результате изнашивания затупляется и изменяет свою первоначальную форму. Его носок закругляется, а с тыльной стороны лезвия образуется «затылочная» фаска. При работе на песчаных и супесчаных почвах у лемеха интенсивно изнашивается лицевая (рабочая) поверхность, особенно в носовой части. • Разработана технология восстановления и упрочнения лемехов плугов электродуговой наплавкой с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. • Лемех шириной менее 92 мм бракуют или восстанавливают способом приварки полосы, изготовленной из выбракованных лемеха или полевой доски.
«Технология восстановления и упрочнения лемехов плугов электродуговой наплавкой с использованием твердосплавных электроэрозионных порошков»
Технологический процесс восстановления лемеха плуга, изготовленного из стали 65 Г • 1. Дефектация лемеха. • Очищенный и вымытый лемех осматривали и контролировали основные параметры технического состояния. Поверхность лемеха должна быть ровной. Допускается коробление лезвия лемеха до 4, а его спинки — до 2 мм. Контроль ведли на поверочной плите 2 -21000 x 630 пластинчатым щупом 3 -2. Ширина лемеха должна быть не менее 92 мм. Ее проверяют штангенциркулем ЩЦ-I-125 -0, 1.
• 2. Восстановление лемеха. • Затупленный лемех восстанавливали оттяжкой после нагрева с последующей закалкой и заточкой, а также последующей наплавкой тыльной стороны лезвия специально изготовленным электродом полого типа с порошком, полученным методом ЭЭД из сплава Т 15 К 6 в воде, с помощью сварочного выпрямителя ВД-306 (рисунок 6. 11) на посту ручной дуговой наплавки, и заточкой с лицевой стороны. Характер износа лезвия лемеха при вспашке средних и тяжелых почв: Р − сила, выталкивающая лемех из почвы; h − ширина затылочной фаски; α − угол наклона затылочной фаски к дну борозды.
Электродуговая наплавка: а) сварочного выпрямителя ВД-306; б) схема процесса
«Исследование свойств покрытий, полученных электродуговой наплавкой»
Характеристики покрытий, нанесенных электродуговой наплавкой, с использованием твердосплавных порошков, полученных ЭЭД
Установлено, что электродуговая наплавка с использованием порошков сплава Т 15 К 6 способствует увеличению микротвердости в 2, 1 раза и относительной износостойкости покрытий в 1, 9 раза. Предложенная технология опробирорвана и внедрена в ОАО «КСТ» . Эксплуатационные испытания показали, что срок службы упрочненных лемехов увеличился в два раза по сравнению с не упрочненными.
«Разработка и внедрение технологии восстановления поршневых пальцев железнением с использованием в качестве упрочняющей фазы твердосплавных электроэрозионных порошков»
«Выбор и исследование электролита для получения композиционных гальванических покрытий при восстановлении и упрочнении деталей»
• Одним из наиболее универсальных и гибких технологических приемов воздействия на свойства обрабатываемых поверхностей как метод восстановления и упрочнения деталей, работающих в условиях интенсивного изнашивания, является нанесение (композиционных гальванических покрытий) КГП
• КГП – это покрытия многоцелевого назначения. • Суть метода осаждения КГП заключается в том, что вместе с металлом из гальванической ванны на детали осаждают различные порошки: оксиды, карбиды, бориды или сульфиды, а также порошки полимеров, металлов и др. Включение дисперсных материалов в металлическую матрицу значительно изменяет свойства покрытий, а главное – значительно повышает их износостойкость, антифрикционные характеристики, термическую и коррозионную стойкость, что создает предпосылки для широкого применения покрытий в самых разнообразных устройствах.
КГП получают различными способами, но наиболее часто – из гальванической ванны. В простейшем варианте в ванну заливают электролит, засыпают порошок, перемешивают, устанавливают аноды, закрепляют на катоде деталь; дисперсную фазу поддерживают во взвешенном состоянии или транспортируют к катоду. При пропускании через суспензию электрического тока на детали образуется покрытие. Установлено, что КГП можно получить из многих известных электролитов, но наиболее легко КГП образуются из электролитов меднения, серебрения, никелирования и железнения.
• Применительно к условиям ремонтного производства нанесение гальванических покрытий (в том числе и КГП) может решать три основные задачи: • − нанесение металлопокрытий на изношенные поверхности при восстановлении деталей и их упрочнении (хромирование, железнение, никелирование); • − нанесение металлических и других покрытий для защиты поверхностей деталей от коррозии (цинкование, кадмирование); • − нанесение защитно-декоративных покрытий (хромирование, никелирование).
• Для получения износостойких покрытий на деталях машин обычно используется электролит-суспензия на основе железа, включающий порошок карбида вольфрама с размерами частиц 1… 10 мкм. Недостатком применения данного электролита-суспензии является необходимость в постоянном направленном перемещении частиц дисперсной фазы к катоду, а также относительно невысокая износостойкость и физико-механические свойства полученных покрытий.
• 5 мк. Ф, частота следования импульсов − 700 Гц, расстояние между электродами – 100 мм. • Для получения КГП на основе железа приготавливался простой хлористый среднеконцентрированный электролит железнения следующего состава: хлористое железо (Fe. Cl 2· 4 H 2 O) – 300 г/л, соляная кислота (HCl) – 0, 8– 1, 5 г/л. • Затем, в приготовленный электролит вводили небольшими порциями и тщательно перемешивали нанопорошок с размерами частиц 0, 1 мкм и менее, полученный из твердого сплава марки ВК 8, до концентрации 100 г/л. Нанесение покрытий осуществляли при следующих режимах: температура ванны: 60, 75, 90ºС; сила тока: 40, 50, 60 А/дм 2. • Для получения КГП использовалась экспериментальная установка(см. далее)
Установка для нанесения КГП
• Ввиду того, что размер частиц порошка менее 1 мкм, а сам процесс нанесения покрытий, как правило, не занимает более одного часа (из-за высокой скорости осаждения железа), то достаточно предварительного перемешивания электролита–суспензии перед осаждением покрытия и отсутствует необходимость в постоянном направленном перемещении частиц порошка к катоду, чем повышается устойчивость процесса, а, следовательно, увеличивается его технологичность и снижается себестоимость.
• Электролит– • суспензия с частицами порошка размером менее 1, 0 мкм кинетически устойчив и из технологических соображений наиболее пригоден для получения КГП. Под действием частиц порошка размером до 0, 1 мкм происходит искажение кристаллической решетки металла подложки. Наибольшую твердость имеют покрытия с явно выраженными дефектами кристаллической решетки. Применение электролита–суспензии, включающего порошок твердого сплава на основе карбида вольфрама с частицами размером до 0, 1 мкм, способствует увеличению микротвердости и износостойкости покрытий деталей машин.
• Общий вид деталей после восстановления КГП
Технологический процесс восстановления поршневых пальцев дизельного двигателя СМД– 14/18/20 железнением с использованием твердосплавных электроэрозионных порошков в качестве упрочняющей фазы
«Внедрение технология восстановления поршневых пальцев железнением с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов»
В ООО «НВА АГРОСЕРВИС» п. Коренево Курской области внедрена технология восстановления поршневых пальцев двигателей автомобилей железнением с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. Для получения композиционных гальванических покрытий (КГП) на основе железа приготавливали простой хлористый среднеконцентрированный электролит железнения следующего состава: хлористое железо (Fe. Cl 2· 4 H 2 O) – 300 г/л, соляная кислота (HCl) – 0, 8– 1, 5 г/л. Затем, в приготовленный электролит вводили небольшими порциями и тщательно перемешивали порошок, полученный из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов методом ЭЭД. Нанесение покрытий осуществлялось при следующих режимах: температура ванны − 70 ºС; плотность катодного тока − 50 А/дм 2; концентрация порошка в электролите − 100 г/л.
Микроструктура КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы твердосплавных порошков, полученных ЭЭД в воде, х 550: а) Т 15 К 6; б) ВК 8
Свойства КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов: микротвердость.
Свойства КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов: относительная износостойкость.
• Экспериментально установлено, что микроструктура КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов Т 15 К 6 (вода) имеет более мелкодисперсную структуру, чем с порошками ВК 8 (вода), а также большую микротвердость и износостойкость. Показано, что оптимальная концентрация порошка Т 15 К 6 в электролите 100 г/л. • Отмечено, что срок службы деталей, восстановленных с использованием разработанной технологии, увеличился в 1, 4 раза при снижении их себестоимости в 2 раза по сравнению с новыми.
Скачать презентацию Области практического применения электроэрозионных порошков Данная
2658fe21050ee942c9eda1ebde08522b.ppt