RU190043U1 - SOLID ELECTRODE FOR ELECTRIC-SPARKING ALLOYING - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электроискровому легированию, в частности к электродам из твердого сплава. Задачей заявляемого технического решения является снижение затрат и повышение качества покрытий, получаемых методом ЭИЛ. Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении стоимости электрода из твердого сплава на основе карбида вольфрама и кобальта. Технический результат достигается электродом из твердого сплава для электроискрового легирования, выполненного из легирующего материала, состоящего из двух электродов одинакового поперечного сечения, каждый из которых выполнен из легирующего материала другого состава, при этом легирующим материалом одной, основной, части электрода является твердый сплав, легирующим материалом второй, дополнительной, части электрода является сплав, на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов из группы сплавов основного электрода, длина электрода из твердого сплава ровна не менее четырех диаметров электрода, а длина электрода, состоящего из компонентов, полученных из шлама, составляет (0,15-1,0) длины электрода из твердого сплава. Кроме этого, диаметр электрода равен (3-8) мм.The invention relates to electrospark doping, in particular, to carbide electrodes. The objective of the proposed technical solution is to reduce costs and improve the quality of the coatings obtained by the method of ESA. The technical result obtained in the process of solving the task, is to reduce the cost of a solid alloy electrode based on tungsten carbide and cobalt. The technical result is achieved by a solid alloy electrode for electrospark doping made of an alloying material consisting of two electrodes of the same cross section, each of which is made of a different alloying material of a different composition, while the alloying material is one, the main part of the electrode is a hard alloy, alloying material the second, optional, part of the electrode is an alloy that is 100% composed of components obtained from the sludge, a diamond grinding product of hard alloys from Rupp alloys main electrode of the cemented carbide electrode length is smooth at least four diameters of the electrode, and the electrode length, consisting of components obtained from a slurry of (0.15-1.0) of the electrode length of the cemented carbide. In addition, the diameter of the electrode is (3-8) mm.

Description

Полезная модель относится к электроискровому легированию, в частности к электродам из твердого сплава.The invention relates to electrospark doping, in particular, to carbide electrodes.

Увеличения срока службы изделий из железоуглеродистых сплавов является актуальной задачей. Одним из путей увеличения срока службы данных изделий является нанесение покрытия методом электроискрового легирования (ЭИЛ). В качестве инструмента, при нанесении покрытия, используются электроды. Материал электрода выбирается из условия создания необходимых свойств поверхности. Как правило, это сложные по составу и дорогие по стоимости изготовления материалы.Increasing the service life of products from iron-carbon alloys is an important task. One of the ways to increase the service life of these products is to apply a coating by the method of electrospark doping (ESA). Electrodes are used as a tool for coating. The material of the electrode is chosen from the condition of creating the necessary surface properties. As a rule, these are materials that are complex in composition and expensive to manufacture.

Известен электрод для ЭИЛ изготовленный из сплава Х40В15Р3 диаметром 4-6 мм. (патент №722719 по заявке 2662051/25-08 от 04.09.1978). Электрод изготавливается путем плавления сплава в индукционной печи, далее с помощью груши отсасывают в кварцевую трубку и охлаждают в воде.A known electrode for ESA made of alloy X40B15R3 with a diameter of 4-6 mm. (Patent No. 7,22719 on application 2662051 / 25-08 dated 09/04/1978). The electrode is made by melting the alloy in an induction furnace, then using a pear is sucked into a quartz tube and cooled in water.

Известен электрод-инструмент из вольфрамового стержня диаметром 1,5, 1,8, 2,0 мм и длиной 60 мм с оболочкой, состоящей из вольфрама, углерода и бора, полученной путем осаждения из газовой фазы совместным разложением соответствующих хлоридов в тлеющем разряде постоянного тока. (патент №1484519 по заявке 4307346/25-08 от 21.07.1987 г.)Known electrode tool from a tungsten rod with a diameter of 1.5, 1.8, 2.0 mm and a length of 60 mm with a shell consisting of tungsten, carbon and boron, obtained by deposition from the gas phase by the joint decomposition of the corresponding chlorides in a glow discharge DC . (patent number 1484519 on application 4307346 / 25-08 dated 07.21.1987)

Недостатком указанных технических решений является то, что электроды не могут быть использованы в полной объеме. Это связано с тем, что часть электрода, от 15 до 25% длины электрода используется для его закрепления в держателе электрода установки ЭИЛ.The disadvantage of these technical solutions is that the electrodes cannot be used in full. This is due to the fact that a part of the electrode, from 15 to 25% of the length of the electrode, is used to fix it in the electrode holder of the EIT unit.

Известно техническое решение, направленное на повышение использования материала электрода для электроискрового легирования, для создания функциональных покрытий. Электрод состоит из, по меньшей мере, двух скрепленных, при спекании, между собой торцами отдельных электродов одинакового поперечного сечения, каждый из которых выполнен из легирующего материала другого состава по сравнению с составом материала контактирующих с ним электродов. (Патент RU 2355521 по заявке №2007113554 от 12.04.2007 г. МПК В23Н 1/04). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.Known technical solution aimed at increasing the use of electrode material for electrospark alloying, to create functional coatings. The electrode consists of at least two bonded, during sintering, between each other, the ends of individual electrodes of the same cross section, each of which is made of a doping material of a different composition as compared to the composition of the material in contact with the electrodes. (Patent RU 2355521 on application No. 2007113554 of April 12, 2007, IPC В23Н 1/04). This technical solution was made as a prototype.

Недостатком данного электрода является сложность технологии изготовления составного электрода для ЭИЛ, высокие требования к точности изготовления к электродам, так как в дальнейшем они используются в качестве пуансонов. Повышенный расход материала при изготовлении электродов из графита, они выполняются с основанием в виде ступени.The disadvantage of this electrode is the complexity of the manufacturing technology of the composite electrode for ESA, high requirements for manufacturing accuracy to the electrodes, since in the future they are used as punches. Increased material consumption in the manufacture of graphite electrodes, they are performed with the base in the form of a step.

Задачей заявляемого технического решения является снижение затрат и повышение качества покрытий получаемых методом ЭИЛ.The objective of the proposed technical solution is to reduce costs and improve the quality of the coatings obtained by the method of ESA.

Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении стоимости электрода из твердого сплава на основе карбида вольфрама и кобальта.The technical result obtained in the process of solving the task, is to reduce the cost of a solid alloy electrode based on tungsten carbide and cobalt.

Технический результат достигается электродом из твердого сплава для электроискрового легирования, выполненного из легирующего материала, состоящий из двух электродов одинакового поперечного сечения, каждый из которых выполнен из легирующего материала другого состава, при этом легирующим материалом одной, основной, части электрода является твердый сплав, легирующим материалом второй, дополнительной части электрода является сплав, на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов из группы сплавов основного электрода, длина электрода из твердого сплава ровна не менее четырех диаметров электрода, а длина электрода, состоящего из компонентов, полученных из шлама, составляет (0,15-1,0) длины электрода из твердого сплава. Кроме этого, диаметр электрода равен (3-8) мм.The technical result is achieved by a solid alloy electrode for electrospark alloying, made of an alloying material, consisting of two electrodes of the same cross section, each of which is made of an alloying material of a different composition, while the alloying material is one, the main part of the electrode is a hard alloy, alloying material the second, an additional part of the electrode is an alloy, 100% consisting of the components obtained from the sludge, the product of diamond grinding of hard alloys from grams Uppa alloys of the main electrode, the length of the solid carbide electrode is at least four electrode diameters, and the length of the electrode consisting of the components obtained from the sludge is (0.15-1.0) of the length of the solid alloy electrode. In addition, the diameter of the electrode is (3-8) mm.

Длина электрода, состоящего из компонентов, полученных из шлама, равная (0,15-1,0) длины электрода из твердого сплавадиаметром (3-8) мм, определены опытным путем, исходя из технологии прессования, спекания и технологии ЭИЛ.The length of the electrode consisting of the components obtained from the sludge, equal to (0.15-1.0) the length of the solid alloy electrode diametrically (3-8) mm, is determined empirically, based on the technology of pressing, sintering and the technology of ESA.

Снижение стоимости электрода достигается тем, что при изготовлении электрода, его часть, которая используется для зажима, состоит из сплава на 100% состоящего из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов, аналогичного составу твердого сплава, который используется для изготовления основного электрода. Данная часть значительно дешевле по стоимости исходного сырья, так как шлам практически не перерабатывается и не утилизируется, потому его стоимость минимальна. При изготовлении данной части электрода дополнительно не используются дорогостоящие материалы. Данный порошковый материал, на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, при минимальной технологической доработке, образует порошкообразную смесь, обладающую свойствами твердосплавных смесей. Материал, получаемый при спекании данной порошкообразной смеси, обладает физико-механическимии технологическими (режимы спекания) свойствами близкими свойствам основного твердосплавного материала получаемого из порошков по традиционной технологии. Такое сходство свойств материалов позволяет, без опасения изменения свойств покрытия, использовать весь твердосплавной электрод по назначению. При частичном или полном использовании части электрода, полученного из сплава на 100% состоящего из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов для нанесения покрытия, резкого изменения свойств не произойдет.Reducing the cost of the electrode is achieved by the fact that in the manufacture of the electrode, its part, which is used for clamping, consists of a 100% alloy consisting of components obtained from the sludge, a product of diamond grinding of hard alloys, similar to the composition of a hard alloy, which is used to manufacture the main electrode . This part is much cheaper in terms of the cost of raw materials, since the sludge is practically not processed and not disposed of, because its cost is minimal. In the manufacture of this part of the electrode is not additionally used expensive materials. This powder material, 100% composed of components derived from sludge, with minimal technological refinement, forms a powdery mixture with the properties of carbide mixtures. The material obtained by sintering this powder mixture has physicomechanical and technological (sintering modes) properties similar to the properties of the main carbide material obtained from powders according to traditional technology. Such similarity of the properties of materials allows, without fear of changing the properties of the coating, to use the entire carbide electrode for its intended purpose. If a part of an electrode obtained from an alloy consisting of components obtained from a sludge, a product of diamond grinding of hard alloys for coating, is partially or completely used, there will be no sharp change in properties.

В настоящее время разработано и имеется на рынке большое количество установок для нанесения покрытий методом ЭИЛ. Поставка установок ЭИЛ, как правило, идет совместно с партией электродов. Электроды предлагаются из твердых сплавов одной из трех групп: сплавы группы ВК - вольфрамокобальтовые, сплавы группы ТК титановольфрамокобальтовые, сплавы группа ТТК - титанотантало-вольфрамокобальтовые. (Гончаренко И.М. Физические основы разработки и производства твердых сплавов. Модуль 1, стр. 8. Кафедра ФМТМ ИФВТ ТПУ. Методические указания, 2016 г.)Currently developed and available on the market a large number of installations for applying coatings by the method of EIT. Supply of EIT equipment, as a rule, goes together with a batch of electrodes. Electrodes are offered from hard alloys of one of three groups: alloys of the VK group - tungsten-cobalt, alloys of the TC group, titanium-tungsten-cobalt, alloys of the TTK group - titanotantalo-tungstocobalt. (IM Goncharenko. Physical bases of development and production of hard alloys. Module 1, p. 8. Department of FMTM IHFT TPU. Guidelines, 2016)

Покрытия, полученные ЭИЛ электродами из твердых сплавов, отличаются высокой микротвердостью и износостойкостью, относительно высокой коррозионной стойкостью и окисляемостью, поэтому получили широкое распространение в промышленности. В тоже время, имеется огромное количество изделий из твердых сплавов, которые подвергаются механической обработке, как правило, алмазному шлифованию. В процессе алмазного шлифования твердых сплавов образуется шлам, на 90 и более процентов состоящий из элементов обрабатываемого твердого сплава.The coatings obtained by ESA electrodes from hard alloys are distinguished by high microhardness and wear resistance, relatively high corrosion resistance and oxidizability, therefore they are widely used in industry. At the same time, there is a huge amount of products from hard alloys, which are machined, as a rule, to diamond grinding. In the process of diamond grinding of hard alloys, sludge is formed, 90 or more percent of which consists of elements of the processed hard alloy.

Авторами предлагаемого технического решения отработана технология сбора шлама алмазного шлифования твердых сплавов, и получение из него порошка, пригодного для последующего прессования и спекания. Себестоимость получения такого порошка в 6-10 раз дешевле стоимости исходных порошков твердых сплавов.The authors of the proposed technical solution have developed a technology for collecting sludge from diamond grinding of hard alloys, and obtaining a powder from it suitable for subsequent pressing and sintering. The cost of obtaining such a powder is 6-10 times cheaper than the cost of the initial powders of hard alloys.

Предлагаемое решение может быть осуществлено следующим образом.The proposed solution can be implemented as follows.

Для экспериментальной проверки заявляемой полезной модели был подготовлены составы из порошковых материалов различных четырех групп твердых сплавов, из которых были изготовлены электроды общей длиной 60 мм, диаметром равным 6 мм.For experimental verification of the claimed utility model, compositions were prepared from powder materials of various four groups of hard alloys, of which electrodes were made with a total length of 60 mm and a diameter of 6 mm.

Пример 1. В качестве материала основной части электрода были использованы порошки, масс. %: карбид вольфрама - 94, кобальт - 6. В качестве материала дополнительной части электрода были использованы порошки, полученные из шлама при алмазном шлифовании сплава ВК6. Шлам был подвергнут высокотемпературному отжигу и последующему размолу. Далее в пресс-форму поочередно засыпалась вначале смесь сплава ВК6, затем 20% от общего количества смеси порошка полученного из шлама. Проводили прессование и последующее спекание заготовок при температуре 1300-1500°С в вакуумной печи.Example 1. As the material of the main part of the electrode were used powders, mass. %: tungsten carbide - 94, cobalt - 6. Powders obtained from slurry during diamond grinding of VK6 alloy were used as the material for an additional part of the electrode. The slurry was subjected to high-temperature annealing and subsequent grinding. Next, the mixture of the VK6 alloy was alternately poured into the mold, then 20% of the total amount of the mixture of the powder obtained from the sludge. Conducted pressing and subsequent sintering of the workpieces at a temperature of 1300-1500 ° C in a vacuum furnace.

Получали электрод для электроискрового легирования, который использовали для нанесения покрытия. Электроискровое легирование проводили на установке "Элитрон-22" с ручным перемещением электрода-инструмента. Покрытия наносили на контактные поверхности СРСП (соединитель рельсовый стыковой пружинный). На одну половину контактной площадки покрытие наносили частью электрода из твердого сплава, на вторую часть покрытия наносили частью электрода полученного из шлама при алмазном шлифовании сплава ВК6. Контактные поверхности изготовлены из углеродистой стали, после закалки имели твердость HRC(40-45) Легирование осуществляли при следующих параметрах: технологический ток, ампер - 100, емкость конденсаторов, мкф. - 1000, диаметр электрода, мм - 8, толщина легирующего слоя, мм - (10-20) мкм -, шероховатость покрытия, Ra мкм - 10, частота следования импульсов, Гц - 60. В дальнейшем проводили исследования покрытия на микротвердость, пористость, толщину покрытия.An electrode was obtained for electric-spark doping, which was used for coating. Electrospark doping was performed on the Elitron-22 facility with manual movement of the electrode tool. Coatings were applied to the contact surface of the SRSP (butt rail butt connector spring). One half of the contact pad was coated with a part of a solid alloy electrode, and the second part of the coating was applied with a part of the electrode obtained from the sludge during diamond grinding of VK6 alloy. The contact surfaces are made of carbon steel; after quenching, they have a hardness of HRC (40-45). The doping was carried out with the following parameters: process current, ampere - 100, capacitor capacitance, μF. - 1000, diameter of the electrode, mm - 8, thickness of the alloying layer, mm - (10-20) microns -, coating roughness, Ra micron - 10, pulse repetition frequency, Hz - 60. Further studies were carried out on the microhardness, porosity, coating thickness.

Пример 2. В качестве материала основной части электрода были использованы порошки, масс. %: Карбид титана - 15, карбид вольфрама - 79, кобальт - 6. В качестве материала дополнительной части электрода были использованы порошки, полученные из шлама при алмазном шлифовании сплава Т15К6. Шлам был подвергнут высокотемпературному отжига и последующему размолу. Далее изготавливали электроды для и проводили исследования аналогично примера 1.Example 2. As the material of the main part of the electrode were used powders, mass. %: Titanium carbide - 15, tungsten carbide - 79, cobalt - 6. Powders obtained from the sludge from diamond grinding of the T15K6 alloy were used as the material for the additional part of the electrode. The slurry was subjected to high-temperature annealing and subsequent grinding. Next, the electrodes were made for and conducted studies similarly to example 1.

Пример 3. В качестве материала основной части электрода были использованы порошки, масс. %: Карбид титана + карбид тантала в сумме = 10, карбид вольфрама - 84, кобальт - 6. В качестве материала дополнительной части электрода были использованы порошки, полученные из шлама при алмазном шлифовании сплава ТТ10К8. Шлам был подвергнут высокотемпературному отжигу и последующему размолу. Далее изготавливали электроды для и проводили исследования аналогично примера 1.Example 3. As the material of the main part of the electrode were used powders, mass. %: Titanium carbide + tantalum carbide in sum = 10, tungsten carbide - 84, cobalt - 6. Powders obtained from the sludge during diamond grinding of the alloy ТТ10К8 were used as the material for the additional part of the electrode. The slurry was subjected to high-temperature annealing and subsequent grinding. Next, the electrodes were made for and conducted studies similarly to example 1.

Результаты исследования покрытий представлены в таблице 1.The results of the study coatings are presented in table 1.

Результаты исследований покрытий нанесенных предлагаемым электродом показывают, что покрытия нанесения электродами из различных твердых сплавов, содержащих карбид вольфрама, отличаются по свойствам покрытий. Максимальную микротвердость имеют покрытия из сплава ВК6 и ТТ10К8, такая же тенденция сохраняется и для покрытий полученных из сплавов спеченных на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования соответствующих твердых сплавов. Такая же тенденция сохраняется и при исследовании шероховатости покрытия и толщины покрытия.The results of studies of the coatings applied by the proposed electrode show that coatings applied by electrodes from various hard alloys containing tungsten carbide differ in their coating properties. Coatings made of VK6 and TT10K8 alloy have the highest microhardness, the same tendency is preserved for coatings made from sintered 100% sintered alloys consisting of components obtained from sludge, the product of diamond grinding of corresponding hard alloys. The same trend persists in the study of the roughness of the coating and the thickness of the coating.

Полученные результаты показывают возможное снижение затрат и получение качественных покрытий электродами, легирующим материалом одной основной части электрода является твердый сплав, легирующим материалом второй дополнительной части электрода является сплав, на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов из группы сплавов основного электрода, когда основной электрод полностью вырабатывается, и покрытие наносится частью электрода из более дешевого материала.The results show a possible cost reduction and obtaining high-quality coatings with electrodes, the alloying material of one main part of the electrode is hard alloy, the alloying material of the second additional part of the electrode is 100% alloy consisting of components obtained from sludge, the product of diamond grinding of hard alloys from the group of alloys the main electrode, when the main electrode is fully developed, and the coating is applied by part of the electrode of a cheaper material.

Claims (2)

1. Электрод из твердого сплава для электроискрового легирования, выполненный из легирующего материала, состоящий из двух частей одинакового поперечного сечения, каждая из которых выполнена из легирующего материала другого состава, отличающийся тем, что легирующим материалом одной основной части электрода является твердый сплав, легирующим материалом второй дополнительной части электрода является сплав, на 100% состоящий из компонентов, полученных из шлама, продукта алмазного шлифования твердых сплавов из группы сплавов основного электрода, длина электрода из твердого сплава ровна не менее четырех диаметров электрода, а длина электрода, состоящего из компонентов, полученных из шлама, составляет (0,15-1,0) длины электрода из твердого сплава.1. Electrode from a hard alloy for electrospark alloying, made of an alloying material, consisting of two parts of the same cross section, each of which is made of an alloying material of a different composition, characterized in that the alloying material of one main part of the electrode is a hard alloy, the second alloying material An additional part of the electrode is an alloy that consists 100% of the components obtained from the sludge, the product of diamond grinding of hard alloys from the group of alloys of the main electronic type, the length of the solid alloy electrode is at least four diameters of the electrode, and the length of the electrode consisting of the components obtained from the sludge is (0.15-1.0) the length of the solid alloy electrode. 2. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что диаметр электрода равен (3-8) мм.2. The electrode according to claim 1, characterized in that the diameter of the electrode is (3-8) mm.