CC BY
53
УДК 621.048; 621.762
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТА И ДЕТАЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В.Н. Гадалов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.Н. Романенко, А. А. Калинин,
Е.А. Филатов, И.А. Макарова, Р.Ю. Ерохин, Д.О. Селифонтов
Технология получения электроискровых, электроакустических и ионно-вакуумных покрытий на штамповой оснастке для компактных материалов, повышающих эксплуатационные свойства деталей (увеличение срока службы, износостойкость, жаропрочность, теплостойкость, снижение коэффициента трения, защита от коррозии, обеспечение высокой твёрдости и термической стабильности), получила широкое развитие в последние годы, в частности в машиностроении и авиастроении. Технология нанесения и свойства вышеуказанных покрытий в отдельности и в сочетании при создании многослойных композиционных покрытий на жаропрочных никелевых сплавах типа ЖС и порошковых материалах изучена недостаточно. Учитывая, что нанесением покрытий можно значительно увеличить срок службы изделий и обеспечить им ряд других полезных дополнительных характеристик, эта технология может явиться одним из основных направлений развития промышленности.
Ключевые слова: жаропрочный сплав, электроискровое легирование, электрофизическое покрытие, химико-термическая обработка (ХТО), поверхностная пластическая обработка (ППО).
Электроискровым легированием (ЭИЛ), электроакустическим нанесением покрытия (ЭЛАНП) и методом конденсации при ионной бомбардировке (КИБ), химико-термической обработкой (ХТО) и другими способами можно наносить разнообразные покрытия [1-18], создавая композицию, где основа из жаропрочного сплава на никелевой основе или порошковая основа из сплава на основе титана принимает основную нагрузку, а покрытие на ней обеспечивает высокие эксплуатационные показатели изделия. Объектом исследования служили:
- жаропрочные сплавы типа ЖС (табл. 1);
- спечённый из порошка сплав на основе титана типа ТЮ7М2Ф2Ц2 следующего химического состава (вес, %): А1 (5,5...7,0); Хх (1,4...2,5); Мо (0,5...1,8); V (0,8.2,3); Л - остальное. Размер частиц порошка составлял от 0,5 до 3,0 мкм. После прессования порошка при давлении 1200 МПа и спекания при 1523 °К в течение 3-х ч в вакууме 0,0133 МПа с последующей термической обработкой (отжиг при (723.823) °К 1,5 ч и охлаждение с печью до комнатной температуры) сплав имеет следующие механические свойства при комнатной температуре: ов = 1460 МПа, 5 = 12 %, у = 28 %, ан = 540 кДж/м и относительную плотность (98... 99,6) %.
141
Таблица 1
Химический состав матрицы (% по массе)
№ Марка сплава С Сг Со Мо W Л1 Т1 Ее Се У В N1
1 ЖС3ДК 0,07 12,5 9,5 4,0 4,5 4,5 2,7 1,2 0,02 0,02 0,05 Ост
2 ЖС6У 0,19 9,0 10,0 1,8 10,5 5,5 2,5 № 1,1 0,02 0,02 0,05 ост
Электрофизические покрытия получали на промышленных установках «ЭЛФА-541» и «ЭЛАН-3» из литых жаропрочных сплавов типа ЖС с малыми добавками гафния и диспрозия. Химический состав электродных материалов представлен в табл. 2. Кинетика эрозии электродных материалов в значительной степени зависит не только от технологических режимов нанесения, но и от химического состава электродов и, естественно, от их структуры.
Таблица 2
Химический состав электродных материалов
Марка сплава С Сг Со Мо W Л1 Т1 Ее Се У В ш Оу N1
ЖС3ДК с добавками Н и Dy 0,07 12,5 9,5 4,0 4,5 4,5 2,7 1,2 0,02 0,02 0,05 0,1 0,5 Ост
ЖС6У с добавками Н и Dy 0,19 9,0 10 1,8 10,5 5,5 2,5 № 1,1 0,02 0,02 0,05 0,5 0,3 ост
Для сплавов ЖСЗДК и ЖС6У с добавками Ш и Dy (табл. 2) характерно крупное разнородное макро- и микрозерно с размером 161и 219 мкм соответственно. Без добавок гафния и диспрозия зерно литых сплавах в 1,3 раза больше, а величина дендритных ячеек при этом больше в 1,4 - 1,6 раза. Основными фазами сплавов 1 и 2 являются: у твёрдый раствор, легированный хромом, кобальтом, молибденом, вольфрамом и др., интерме-таллидная у'-фаза кубической морфологии, когерентно связанная с у-фазой. Кроме того, в сплавах присутствуют первичные карбидные и кар-бонитридные фазы, а также вторичные карбиды Сг2зС6Ме6С. В сплаве 1 и 2 (табл. 2) количество упрочняющей у'-фазы составляет -51 и ~ 60, карбидов 1,32 и 1,82 % объёма соответственно. Как уже отмечалось, внутри зерна форма частиц у'. фазы на основе М3(А1, И) или №3(А1, И, МЬ) в основном кубическая, в ликвационных зонах у'фаза может выделяться в виде пластин неправильной формы, возможны и смешанные структуры. Введение гафния и диспрозия значительно уменьшает ликвацию основных легирующих элементов, что способствует более равномерному распределению у'-фазы.
142
В присутствии гафния и диспрозия карбиды имеют более округлую форму и распределены равномерно. Крупные первичные выделения у'-фазы и карбиды Сг2зС6 выделяются преимущественно в межосевых дендритных пространствах, в окружении эвтектических колоний и по границам зёрен. Легирование гафнием и диспрозием изменяет состав и морфологию как карбидных фаз, так и эвтектики (у -у' - МеС) в целом. Охрупчивающие о-и ^-фазы не обнаружены.
Результаты и опыт работ [1 - 5] по улучшению электроискровых и электроакустических покрытий из жаропрочных никелевых сплавов подтвердили необходимость введения для них дополнительной технологической обработки, а именно на нанесение методом КИБ на установке «Булат» покрытия ПК, Т1(ОК). Матрица из литого сплава типа ЖС с двухслойным электроакустическим покрытием ЖСЗДК с добавками ИГ и Бу (табл. 2) плюс тонкопленочное покрытие ПК; Т1(С№) или ПК + ТЮ в пять и более раз препятствует развитию трещин на изделии. Вышеуказанная технология устраняет необходимость достаривания и алмазного шлифования, рекомендуемого [4] для электроискровых и электроакустических покрытий.
Создание композитов с комбинированными многослойными покрытиями имеет широкие перспективы. Многослойные покрытия проектируются для постепенного наращивания свойств между основным материалом и поверхностью покрытия, чтобы избежать или ограничить развитие и распространение трещин при механических и тепловых нагрузках. Сжимающие напряжения, создаваемые в ионно-вакуумных покрытиях, снижают развитие поверхностных микротрещин и повышают предел усталости. Проведенная оптимизация [3, 7] ЭИЛ, ЭЛАНП и ионно-вакуумного нанесения покрытий методом КИБ позволяет повысить эксплуатационные характеристики многослойных покрытий. Оптимальный режим нанесения покрытия из нитрида титана методом КИБ на электроискровой или электроакустический подслой представлен в табл. 3.
Таблица 3
Оптимальный режим КИБ
Давление азота, Па Напряжение на подложке в процессе осаждения (ип, В) Потенциал ионной бомбардировки (ии5, В) Время ионной бомбардировки поверхности (1иб, мин) Ток на испарителях при напылении (А) Температура нагрева (Т, 0С) Ток подложки при напылении (А) Вакуум
1-10"2 - 3,8-10" 3 220 1100 45 65 550 2,5 «глубокий»
Известно [6, 7], что основным технологическим параметром, от которого зависит степень упрочнения ионно-вакуумного покрытия за счет остаточных газов вакуума, является температура конденсации. В то же время температура конденсации Тк определяет и неравновесное содержание вакансий, «замурованных» в конденсате, наличие которых также приводит к упрочнению материала покрытия, в частности возрастанию микротвердости [7].
Причем число вакансий резко растет как с понижением Тк, так и с увеличением скорости конденсации (РК), УК = Уо - к Тк, где величины Уо и к определяются сортом распыляемых атомов и схемой распыления, что для метода КИБ наблюдается также с уменьшением Тк. Таким образом, уменьшение Тк приводит к увеличению дефектности материала покрытия. Исходя из этих положений нами была выбрана Тк = 550 °С. Отсюда следует ожидать повышения его твердости и износостойкости за счет формирования покрытия при снижении температуры конденсации. Как показывают исследования, при Тк = 550 и 650 °С микротвердость Н составляла 23,2 и 21,2 ГПа соответственно, дальнейшее уменьшение Тк до 400 °С увеличивает Ш карбонитридного покрытия до 25 ГПа. Химический состав покрытия представлен в табл. 4.
Таблица 4
Химический состав ионно-вакуумного покрытия на электроакустическом покрытии из сплава ЖСЗ ДК
с добавками И/и Бу
Элемент, % ат. доли Покрытие Диффузионная зона
Титан 39,8 40,1
Атоз 29,2 29,3
Углерод 18,4 16,7
Кислород 12,6 15,3
Рентгенографический анализ интенсивностей дифракционных линий показал преимущественную ориентацию роста зерна покрытия в направлении [220]. Электронно-рентгенографическими исследованиями установлено, что светло-золотистое покрытие имеет кубическую структуру типа МаС1; период решетки, определенный рентгенографически, составил для материала покрытия на основе ИМ 4,26 нм.
Для покрытий, формируемых методом КИБ, характерна высокая микротвёрдость вплоть до 27 ГПа, уменьшающаяся в диффузионной зоне.
В работе сделана попытка при создании многослойных композиционных покрытий с направленными эксплуатационными свойствами измерения величины и характера остаточных напряжений, возникающих при
создании композита и каждого поверхностного слоя, и в каждом конкретном случае оптимизировать режимы соответствующих технологических процессов нанесения покрытий.
Основным методом изучения и измерения внутренних напряжений является рентгенографический, а также часто применяют механический метод, основанный на удалении поверхностных слоев металла и измерении деформаций, вызванных перераспределением напряжений.
В настоящей работе величину внутренних напряжений и глубину их распространения определяли по методу М.М. Северина путем автоматической записи кривой деформации в процессе непрерывного стравливания нанесенного слоя с точностью до 1 мкм [19].
По этому методу для определения напряжений пластинчатый образец толщиной 2 мм помещается в установку для исследования внутренних напряжений. Предварительно образец (пластинка - композит) промывается ацетоном и просушивается. Поверхность образца, не подлежащую исследованию, защищают от травления двумя слоями перхлорвинилового лака. Толщина пленки лака незначительна и эластична. В связи с этим её наличие на образце не влияет на точность измерения внутренних напряжений.
Нижний конец образца закрепляется в контактном устройстве, верхний имеет возможность свободно перемещаться. Контактное устройство с образцом устанавливается в ванну с ментальным электролитом. Ванна для электрохимического растворения образца устанавливается на предметный столик микротвердомера ПМТ-3, при помощи микроскопа производится наблюдение за перемещением свободного конца образца и фиксируется величина этого перемещения.
Различные виды поверхностной обработки, направленные на создание благоприятных остаточных напряжений и повышение чистоты поверхности, являются важным резервом повышения долговечности высоко-нагруженных деталей специальной техники.
На рис. 1 показано изменение остаточных напряжений по глубине гибридных покрытий, полученных разными технологиями.
Как видно (рис. 1), распределение остаточных напряжений по глубине слоя носит сложный характер, а их величина зависит от многих факторов. Максимальные остаточные напряжения растяжения наблюдаются в поверхностных или приповерхностных зонах сформированных слоев, их абсолютная величина довольно значительна - от 300 до 600 МПа. В целом, анализируя изменение остаточных напряжений по глубине слоя, динамику роста электроискровых и электроакустических покрытий, она вписывается в общую физическую концепцию формирования напряженно-деформированного состояния поверхностных слоев, полученных по другим технологиям.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что с увеличением длительности процесса - толщины покрытия - уровень растягивающих остаточных напряжений в формируемых слоях увеличивается. В отдельных
145
случаях ближе к поверхности наблюдается снижение остаточных напряжений. Это связано с тем, что хотя процессы переноса и роста покрытия на катоде еще продолжаются, но поверхностные слои уже охрупчиваются за счет образования мелкокристаллической структуры и возникновения хрупких фаз при взаимодействии материала электродов с окружающей средой, а появляющиеся микротрещины способствуют разрушению части сформированного покрытия и релаксации остаточных напряжений. Так, на покрытиях, полученных электроакустическим нанесением покрытия (ЭЛАН), уже после (2...3) обработок наблюдается сеть трещин и очаги разрушения (рис. 2). Таким образом, экспериментальные данные показывают, что через определенный промежуток времени ЭИЛ начинается разрушение уже сформированного слоя, которое зависит от режимов обработки, свойств материала электродов, межэлектродной среды и некоторых технологических приемов. Разрушение слоя про исходит только в период воздействия разряда и обусловлено совместным влиянием предшествующего напряженно-деформированного состояния и импульсными термическими напряжениями.
Рис. 1. Изменение остаточных напряжений по глубине гибридных покрытий на подложке литого сплава ЖС6У (электроискровое (ЭИЛ) или электроакустическое покрытие (ЭЛАНП) наносилось электродом из сплава ЖСЗДК с добавками И/ и Бу; ИМ - ионно-вакуумное покрытие; ЭИЛ плюс алмазное выглаживание)
146
Рис. 2. Очаг разрушения в электроискровом покрытии из сплава ЖСЗДК с добавками И/и Бу (х2000) на сплаве ЖС6У (подложка)
Известно, что величина термических напряжений растет с ростом энергии импульса и пропорциональна в первом приближении коэффициенту термического расширения и модулю сдвига, причем эта величина в слоях, прилегающих к поверхности зоны воздействия разряда, может превосходить пределы текучести и прочности металла. Поэтому в поверхностных слоях и приповерхностных слоях наблюдаются зоны пластического течения и хрупкого разрушения.
С ростом длительности импульса тока при постоянной мощности источника тепла термические напряжения увеличиваются, что приводит к расширению зоны, охваченной напряжениями.
Варьируя факторами, влияющими на величину остаточных напряжений, можно управлять динамикой привеса и формировать более толстые слои. Анализируя данные по эрозии электрода от технологических параметров установок «ЭЛФА-541» и «ЭЛАН-3» установлено, что периодическое пластическое деформирование позволяет увеличить удельное время обработки до наступления классического для ЭИЛ максимума на кривой привеса, причем величина удельного привеса колеблется около определенного установившегося значения и не падает до нуля, как обычно.
Рассматривая поведение внутренних напряжений, возникающих в электроакустических покрытиях, видно, что до толщины 35.40 мкм в нем формируется сжимающие напряжения, которые при дальнейшем росте его толщины переходят в растягивающие. Максимальная величина растягивающих напряжений достигает в покрытиях, полученных ЭЛАНП и ЭИЛ, при толщине -160 мкм величина напряжений у электроакустических покрытий значительно ниже, чем у электроискровых, и равна соответственно 310 и 570 МПа.
Исследование внутренних напряжений в электроискровом покрытии после алмазного выглаживания (см. рис. 1) выявило более пологое изменение растягивающих остаточных напряжений по толщине покрытия за счет наведения остаточных напряжений сжатия.
Нанесение ионно-вакуумного покрытия Т1К на покрытия, полученные электрофизическими способами, приводит к значительному снижению общего уровня растягивающих напряжений в композите, что обусловлено
снятием внутренних напряжений при Тк 550 °С в процессе технологического процесса КИБ. С ростом толщины пленки ПК напряжения растяжения растут.
Таким образом, при ЭИЛ, ЭЛАНП и КИБ деталей прессового оборудования и деталей из порошковых материалов с целью улучшения их эксплуатационных характеристик необходимо учитывать величину и характер остаточных напряжений, возникающих при этом в поверхностных слоях, и в каждом конкретном случае оптимизировать режимы соответствующих технологических процессов. Это в первую очередь обусловлено тем, что остаточные напряжения в поверхностных слоях деталей связаны с усталостной прочностью и являются одним из главных факторов, влияющих на эту эксплуатационную характеристику материала.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке ресурсосберегающих процессов и технологий обработки промышленных материалов с использованием новых наноконструкционных смазок и покрытий [20 - 42].
Список литературы
1. Применение электроакустического напыления для упрочнения и восстановления деталей машин и инструмента / В.Н. Гадалов [и др.] // Сварщик. 2008. №1 (59) С. 26 - 29.
2. Гадалов В.Н., Романенко Д.Н., Тхань Бак Во. Упрочнение и восстановление деталей электроакустическим напылением самофлюсующимися сплавами на никелевой и железной основе // Материалы и упрочняющие технологии. Курск: Юго-Западный гос. ун-т. 2011. С. 28 - 41.
3. Металлография металлов, порошковых материалов и покрытий, полученных электроискровыми способами: монография / В.Н. Гадалов [и др.]. М.: ИНФРА-М, 2011. 468 с.
4. Структурно-фазовое состояние, свойства электроакустического покрытия после выглаживания минералокерамикой / В.Н. Гадалов [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. №1 (40). Ч. 1. С. 107 - 113.
5. Гадалов В.Н., Самойлов В.В., Шеставина О.В. Повышение эффективности режущего инструмента из стали Р6М5Ф3 посредством нанесения электроакустических покрытий электродом Т15К6 // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. №2. Ч. 3.С. 57 - 59.
6. Ионно-плазменные покрытия для режущего инструмента, нанесенные методом КИБ / В.Н. Гадалов [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. №1. С. 21 - 25.
7. Оптимизация режимов нанесения ионно-вакуумного покрытия ПК / В.Н. Гадалов [и др.] // Сварочное производство. 2012. №3. С. 48 -50.
8. Исследование тонкопленочных конденсатов с диэлектриком из окиси тантала, полученных высокочастотным реактивным распылением / В.Н. Гадалов [и др.] // Вестник ВГТУ. 2013. Т. 9. №3. С. 82 - 85.
9. Гадалов В.Н., Романенко Д.Н., Абакумов А.В. Влияние содержания карбидов в цементованных слоях на способность к самозалечиванию бурового инструмента // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2014. №8. С. 47 - 50.
10. Гадалов В.Н., Борсяков А.С., Ляхов А.В. Диффузионные борид-ные покрытия на железе, сталях и сплавах с альбомом фотографий. Verbag: Lap LAMBERT Academic Publishing. Германия, 2015. 150 с.
11. Гадалов В.Н., Муравьев В.И., Ворначева И.В. Уточнение эффективности стандартной термической обработки стали марки 30ХГСА // Вестник Брянского государственного технического университета. 2016. №2. С.121 - 128.
12. Повышение работоспособности и надежности цилиндрической втулки локомотивного дизеля аморфизированнымигазотермическими и электроакустическими покрытиями Fe-Cr-P-C / В.Н. Гадалов [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. №4. С. 24 - 29.
13. Гадалов В.Н., Шкодкин В.И., Ковалев С.В. Использования эффектного удара при реновации базовых деталей дробильного оборудования // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2016. №4. С. 7 - 9.
14. О методах получения порошковых материалов и быстрозакри-сталлизованных ультрадисперсных порошков. Обзор / В.Н. Гадалов [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. №6. С. 31 - 39.
15. Гадалов В.Н., Ворначева И.В., Розина Т.Н. Электролитические боридные покрытия с добавками окислов Cr2O3 ZrO2 и ТаО3 // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. №10 (14). С. 28 - 30.
16. Гадалов В.Н., Винокуров О.В., Ворначева И.В. Изучение быст-розакристаллизованных порошков из отходов титановых сплавов ОТ-4 и ВТ-20 после электроимпульсной обработки // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. №11. С. 42 - 46.
17. Применение износостойких минералокерамических инденторов для повышения надежности и качества деталей / В.Н. Гадалов [и др.] // Вестник машиностроения. 2016. №6. С. 63 - 66.
18. Комбинированная электрофизическая обработка порошковых титановых сплавов / В.Н. Гадалов [и др.] // Успехи современной науки. 2017. №3. С. 157 - 164.
19. Гадалов В.Н. Методика исследований внутренних напряжений в покрытиях по методу М.М. Северина // Материалы и упрочняющие технологии. Курск: КГТУ, 2009. Ч. 1. С. 103 - 109.
20. Механические свойства конструкционных и инструментальных сталей в состоянии предпревращения при термомеханическом воздействии / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, О.В. Кузовлева, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 11. С. 39-42.
21. Гвоздев А.Е., Афанаскин А.В., Гвоздев Е.А. Закономерности проявления сверхпластичности сталей Р6М5 и 10Р6М5-МП // Металловедение и термическая обработка материалов. 2002. № 6. С. 32-36.
22. Гвоздев А.Е. Производство заготовок быстрорежущего инструмента в условиях сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1992. 176 с.
23. On friction of metallic materials with consideration for superplastici-ty phenomenon / A.Breki, A.Gvozdev, A. Kolmakov, N.Starikov, D.Provotorov, N.Sergeyev, D.Khonelidze // Inorganic materials: Applied Research. 2017. T. 8. №1. P. 126-129.
24. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A. Gvozdev, N. Sergeyev, I. Minayev, A. Kolmakov, I. Tikhonova, A. Sergeyev, D. Provotorov, D. Khonelidze, D. Maliy, I. Golyshev // Inorganic materials: Applied Research. 2017. T. 8. №1. P. 148152.
25.Synthesis and dry sliding behavior of composite coating with (R-OOO) FT polyimide matrix and tungsten disulfide nanoparticle filler / A. Breki, A. Didenko, V. Kudryavtsev, E. Vasilyeva, O. Tolochko, A. Kolmakov, A. Gvozdev, D. Provotorov, N. Starikov, Yu. Fadin // Inorganic materials: Applied Research. 2017. T. 8. №1. P. 32-36.
26. Composite coatings based on A-OOO polyimide and WS2 nanoparticle filler / A. Breki, A. Didenko, V. Kudryavtsev, E. Vasilyeva, O. Tolochko, A. Gvozdev, N. Sergeyev, D. Provotorov, N. Starikov, Yu. Fadin, A. Kolmakov // Inorganic materials: Applied Research. 2017. T. 8. № 1.P. 56-59.
27. Гвоздев А.Е. Ресурсосберегающая технология термомеханической обработки быстрорежущей вольфрамомолибденовой стали Р6М5 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. №12 (606). С. 27-30.
28. Журавлев Г.М., Гвоздев А.Е. Пластическая дилатансия и деформационная повреждаемость металлов и сплавов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 114 с.
29. Зависимость показателей сверхпластичности труднодеформи-руемых сталей Р6М5 и 10Р6М5-МП от схемы напряженного состояния / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.Н. Боголюбова // Деформация и разрушение материалов. 2015. №11. С. 42-46.
30. Основы строительного дела и ремонтно-отделочных работ: учебное пособие / А.Н. Сергеев, Н.Н. Сергеев, В.В. Извольский, А.Е. Гвоздев, А.В. Сергеева, С.Н. Кутепов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 198 с.
31. Экспертиза и диагностика объектов и систем сервиса: учебное пособие / Ю.С. Дорохин, А.Н. Сергеев, М.В. Ушаков, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, П.Н. Медведев, Д.В. Малий. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 160 с.
32. Сопряженные поля в упругих, пластических, сыпучих средах и металлических труднодеформируемых системах: монография / Э.С. Макаров, В.Э. Ульченкова, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев; под ред. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 526 с.
33. Организация и планирование деятельности предприятий сервиса: учебное пособие / Ю.С. Дорохин, А.Н. Сергеев, К.С. Дорохина, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, П.Н. Медведев, А.В. Сергеева, Д.В. Малий. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 380 с.
34. Эксплуатационные материалы: учебное пособие / Н.Н. Серге-ев,А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе, С.Н. Кутепов, П.Н. Медведев, Ю.С. Дорохин. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 160 с.
35. Технологические процессы в сервисе: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Ю.С. Дорохин, П.Н. Медведев, А.В. Сергеева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 248 с.
36. Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев. Обработка сталей и сплавов в интервале температур фазовых превращений: монография / Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 320 с.
37. О состоянии предпревращения металлов и сплавов: монография/ О.В. Кузовлева, А.Е. Гвоздев, И.В. Тихонова, Н.Н. Сергеев, А. Д. Бреки, Н.Е. Стариков, А.Н. Сергеев, А. А. Калинин, Д.В. Малий, Ю.Е. Титова, С.Е. Александров, Н.А. Крылов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016 245 с.
38. Особенности протекания процессов разупрочнения при горячей деформации алюминия, меди и их сплавов / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.Н. Боголюбова, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, Д. А. Провоторов // Материаловедение. 2014. № 76. С. 48-55.
39. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов второго рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. №1. С. 15-21.
40. Распределение температур и структура в зоне термического влияния для стальных листов после лазерной резки / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, А.Г. Колмаков, И.В. Тихонова, А.Н. Сергеев, Д. А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, Д.В. Малий, И.В. Голышев // Материаловедение. 2016. №9. С. 3-7.
41. О фрикционном взаимодействии металлических материалов с учетом явления сверхпластичности / А.Д. Бреки, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колма-ков, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе // Материаловедение. 2016. № 8. С. 21-25.
42. Макаров Э.С., Гвоздев А.Е., Журавлев Г.М. Теория пластичности дилатирующих сред: монография / под ред. проф. А.Е. Гвоздева. 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 337 с.
Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, проф., проф., Gadalov-VN@yandex. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Гвоздев Александр Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., starikov_taii@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Романенко Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Москва, Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов,
Калинин Антон Алексеевич, инженер, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Филатов Евгений Алексеевич, асп., Don_filius@mail. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Макарова Ирина Александровна, асп., [email protected], Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Ерохин Роман Юрьевич, асп., Don_filius@,mail.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Селифонтов Денис Олегович, асп., denis-selifontov@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
APPLICATION OF COMPOSITE COATINGS OBTAINED BY VARIOUS TECHNOLOGIES FOR INCREASING THE OPERATING PROPERTIES OF THE TOOLS AND PARTS OF
SPECIAL PURPOSE
V.N. Gadalov, E.A. Filatov, A.E. Gvozdev, N.E. Starikov, I.A. Makarova, R.Yu. Erokhin, D.O. Selifonov
The technology of obtaining electrospark, electroacoustic and ion-vacuum coatings on die equipment for compact materials that increase the operational properties of parts (prolongation of service life, wear resistance, heat resistance, heat resistance, reduction of friction coefficient, corrosion protection, ensuring high hardness and thermal stability) development in recent years, in particular in mechanical engineering and aircraft building. The technology of application and properties of the above coatings alone and in combination when creating multilayer composite coatings on high-temperature nickel alloys such as liquid-crystal and powder materials has not been studied enough. Taking into account that the coating can significantly increase the service life ofproducts and provide them with a number of other useful additional characteristics, this technology can be one of the main directions of industrial development.
Key words: high-temperature alloy, electrospark alloying, electrophysical coating, chemical-thermal treatment, surface plastic treatment.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, professor, Gadalov- VN@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,
Gvozdev Alexander Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State Pedagogical University named after. L.N. Tolstoy,
Starikov Nikolai Evgenevich, doctor of technical sciences, professor, stari-kov_taii@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
152
Romanenko Dmitry Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Moscow, Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials,
Kalinin Anton Alekseevich, engineer, antony-akamail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Filatov Evgeny Alekseevich, postgraduate, Don filiiis a mail. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,
Makarova Irina Aleksandrovna, postgraduate, makarova. miaayandex. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,
Erokhin Roman Yur'yevich, postgraduate, Don_filius@,mail. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,
Selifontov Denis Olegovich, postgraduate, denis-selifontovamail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.793
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ УПРОЧНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ, ЕГО СТРУКТУРЫ И ФАЗОВОГО СОСТАВА НА СПЕЧЕННОМ СПЛАВЕ ОТ4, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ С ЛОКАЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОИСКРОВЫМ
НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИЯ
В.Н. Гадалов, Е.А. Филатов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, И. А. Макарова, И.В. Ворначева
Приведены результаты исследования кинетики процесса формирования поверхностного слоя, его структуры и фазового состава, упрочненного электроискровым легированием. Показано, что временные зависимости эрозии анода и катода стабилизируются при удельной длительности легирования 8...10 мин/см2. Отмечается возникновение на поверхности анода вторичной структуры за счет обратного переноса материала, имеющей повышенную твердость 8.10 ГПа. Исследованы продукты эрозии, полученные в процессе ЛЭНП. Соотношение жидкой и твердой фаз составляет 73 . 75 % и 25.27 % соответственно. Размер частиц твердой фазы (20.25). 760мкм (преобладающийразмер 75 мкм), жидкой фазы - (6.8). 76 (преобладающий размер 13 мкм). Представлены микроструктурные, калориметрические, рентгенодифракционные исследования композита. Проведена качественная оценка прочности легированных слоев. Исследование полученных композитов в условиях абразивного изнашивания подтвердило повышение их работоспособности в 1,5 - 1,7 раз по сравнению с исходным порошковым сплавом.
Ключевые слова: титановый сплав, электроискровое легирование, поверхностный слой, кинетика формирования, структура, фазовый состав.
На подложку из спеченного сплава ОТ4 [1] методом ЭИЛ [2] было нанесено самофлюсующее покрытие системы Ni-Cr-Si-B-C близкое по составу порошковому сплаву ПГ-12Н-03 (15 Сг; 4 Fe; 3 В; 1,5 Si; 1,5 С; Ni
153
