RU2698001C1 - Method of reconditioning worn-out surfaces of parts of machines from stainless steel - Google Patents
Method of reconditioning worn-out surfaces of parts of machines from stainless steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698001C1 RU2698001C1 RU2018134067A RU2018134067A RU2698001C1 RU 2698001 C1 RU2698001 C1 RU 2698001C1 RU 2018134067 A RU2018134067 A RU 2018134067A RU 2018134067 A RU2018134067 A RU 2018134067A RU 2698001 C1 RU2698001 C1 RU 2698001C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mpm
- layer
- reinforced
- hard alloy
- laser
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H5/00—Combined machining
- B23H5/02—Electrical discharge machining combined with electrochemical machining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности, к электроэрозионному легированию, и может быть использовано для ремонта деталей машин из нержавеющей стали.The invention relates to the field of electrophysical and electrochemical processing, in particular, to electroerosive alloying, and can be used for repair of machine parts from stainless steel.
Важнейшими задачами ремонтно-обслуживающего производства являются поддержание работоспособности, восстановление ресурса машин и оборудования, обеспечение их высокой надежности и возможности эффективного использования. Для решения этих задач предусматривается улучшение качества ремонта за счет внедрения современных методов его организации и оптимальных технологических процессов упрочнения и восстановления деталей. Ресурс восстановленных деталей, как правило, значительно выше, благодаря использованию эффективных способов восстановления и улучшенным свойствам упрочненных поверхностей.The most important tasks of the repair and maintenance production are maintaining operability, restoring the resource of machines and equipment, ensuring their high reliability and the possibility of efficient use. To solve these problems, it is envisaged to improve the quality of repairs by introducing modern methods of its organization and optimal technological processes of hardening and restoration of parts. The resource of restored parts, as a rule, is significantly higher due to the use of effective methods of restoration and improved properties of hardened surfaces.
Современная упрочняющая технология располагает многочисленными методами улучшения структуры и свойств поверхностного слоя деталей, каждый из которых имеет оптимальные области применения, достоинства и недостатки. Известен способ электроэрозионного легирования (ЭЭЛ), все более широко применяющийся в промышленности для повышения износостойкости и твердости поверхностей деталей машин, в том числе работающих в условиях высоких температур и агрессивных сред, для повышения их жаро - и коррозионной стойкости, а также для восстановления изношенных поверхностей деталей машин при ремонте и др.Modern hardening technology has numerous methods for improving the structure and properties of the surface layer of parts, each of which has optimal applications, advantages and disadvantages. There is a known method of electroerosive alloying (EEL), which is increasingly widely used in industry to increase the wear resistance and hardness of the surfaces of machine parts, including those working at high temperatures and aggressive environments, to increase their heat and corrosion resistance, as well as to restore worn surfaces machine parts during repair, etc.
ЭЭЛ поверхности - это процесс перенесения материала на обрабатываемую поверхность искровым электрическим разрядом. Метод имеет ряд специфических особенностей:EEL of the surface is the process of transferring material to the surface to be treated by a spark electric discharge. The method has a number of specific features:
- материал анода (легирующий материал) может образовывать на поверхности катода (легируемой поверхности) слой покрытия, чрезвычайно прочно сцепленный с поверхностью. В этом случае не только отсутствует граница раздела между нанесенным материалом и металлом основы, но даже происходит диффузия элементов анода в катод;- the anode material (alloying material) can form a coating layer on the surface of the cathode (alloyed surface) that is extremely firmly adhered to the surface. In this case, not only is there no interface between the deposited material and the base metal, but even the anode elements diffuse into the cathode;
- легирование можно осуществлять в строго указанных местах радиусом от долей миллиметра и более, не защищая при этом остальную поверхность детали;- alloying can be carried out in strictly specified places with a radius of fractions of a millimeter or more, without protecting the rest of the part;
- технология электроэрозионного легирования металлических поверхностей очень проста, а необходимая аппаратура малогабаритна и транспортабельна [Лазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей.- М.: Машиностроение, 1976.-сс. 3, 4, 13, 19]. Следует отметить, что с увеличением режима ЭЭЛ (энергии разряда), как правило, снижается сплошность формируемого покрытия из-за образования сквозных пор) [Лазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей.- М.: Машиностроение, 1976.- сс. 15- 17].- the technology of electroerosive alloying of metal surfaces is very simple, and the necessary equipment is small-sized and transportable [Lazarenko NI Electrospark alloying of metal surfaces .- M.: Mechanical Engineering, 1976.-ss. 3, 4, 13, 19]. It should be noted that with an increase in the EEL mode (discharge energy), as a rule, the continuity of the formed coating decreases due to the formation of through pores) [Lazarenko N.I. Electrospark alloying of metal surfaces. - M.: Mechanical Engineering, 1976.- ss. 15-17].
Для повышения качества поверхностного слоя, восстанавливаемого методом ЭЭЛ, авторами был предложен способ, при котором покрытие ЭЭЛ наносят, по крайней мере, в два этапа, причем на первом этапе наносят слой, используя режимы, которые обеспечивают наибольшую сплошность и толщину покрытия, затем, тем же электродом производят ЭЭЛ с такой энергией разряда и соответствующей ей производительностью, при которой формируют поверхность с шероховатостью приблизительно в 2-4 раза выше, чем на предыдущем этапе. В этом случае происходит выброс металла катода (детали) в местах приложения импульсов, т.е. распыление наиболее выступающих частей поверхности, и на их месте образуются впадины вновь образованного покрытия, глубина которых находится на уровне поверхности предыдущего покрытия. В результате, происходит минимальное повышение уровня шероховатости поверхности [Cnociб вiдновлення зношених поверхонь металевих деталей: Пат.115676. 
Несмотря на то, что ЭЭЛ положительно влияет на износостойкость поверхностного слоя, его недостатки нередко ограничивают внедрение данной технологии для широкого круга деталей машин. К таким недостаткам относятся увеличение шероховатости поверхности изделий после ЭЭЛ, неравномерность поверхностного упрочнения, отрицательное влияние эрозионного разряда на усталостные свойства изделий и др.Despite the fact that EEL has a positive effect on the wear resistance of the surface layer, its shortcomings often limit the implementation of this technology for a wide range of machine parts. Such disadvantages include an increase in the roughness of the surface of products after EEL, uneven surface hardening, the negative effect of erosion discharge on the fatigue properties of products, etc.
Известен также способ восстановления поверхностей металлических деталей, включающий нанесение на изношенную поверхность детали покрытия электроэрозионным легированием (ЭЭЛ) металлическим электродом, при котором покрытие ЭЭЛ наносят на режимах, обеспечивающих заданную шероховатость поверхности покрытия, затем на полученную поверхность наносят, по крайней мере, один слой металлополимерного материала (МПМ), обеспечивают полимеризацию нанесенного слоя МПМ, после чего его подвергают финишной обработке [Cпociб вiдновлення зношених поверхонь металевих деталей (варiанти): Пат. 104664. 
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- низкая твердость металлополимерных материалов;- low hardness of metal-polymer materials;
- основное назначение способа - восстановление деталей в неразъемных соединениях (посадочных мест под подшипники, полумуфт и др.);- the main purpose of the method is the restoration of parts in one-piece joints (seats for bearings, coupling halves, etc.);
- металлополимерные материалы хорошо работают на сжатие и значительно хуже на сдвиг, что отрицательно сказывается на их применении для восстановления поверхностей трения деталей;- metal-polymer materials work well in compression and much worse in shear, which negatively affects their use for restoring the friction surfaces of parts;
- изменение свойств материалов при увеличении температуры на поверхностях трения и др.- change in the properties of materials with increasing temperature on the friction surfaces, etc.
Известен также способ восстановления поверхностей металлических деталей, который включает нанесение на изношенную поверхность детали покрытия электроэрозионным легированием (ЭЭЛ) металлическим электродом, при котором покрытие ЭЭЛ наносят на режимах, обеспечивающих заданную шероховатость поверхности покрытия от 1 до 200 мкм и более, причем заданную шероховатость получают на режимах ЭЭЛ, определяемых энергией разряда 0,036-6,8 Дж, затем на полученную поверхность наносят один слой металлополимерного материала (МПМ), но при этом нанесенный слой МПМ перед полимеризацией армируют, по крайней мере, одним слоем проволоки, причем, в зависимости от требуемых качественных параметров изношенной поверхности, на поверхность деталей тел вращения наматывают мягкую, пластичную проволоку или надевают ее с натягом в виде пружины, прошедшей термообработку, а для плоских и криволинейных поверхностей армируют мягкой или твердой проволокой, соединенной в виде сетки, затем наносят, по крайней мере, один слой МПМ, после чего указанный слой подвергают финишной обработке. Причем, при нанесении повторного слоя на уже полимеризованный слой МПМ предыдущий слой МПМ зачищают и обезжиривают. Кроме того, финишную обработку нанесенного слоя МПМ могут осуществлять механическим методом, например, шлифованием или лезвийной обработкой, на необходимую глубину. [Cпociб вiдновлення зношених поверхонь металевих деталей: Пат. 118892. 
Однако и этот способ не лишен недостатков. В частности, это:However, this method is not without drawbacks. In particular, these are:
- технологические трудности, связанные с закреплением армирующего материала (проволоки или сетки) на восстанавливаемой поверхности;- technological difficulties associated with fixing the reinforcing material (wire or mesh) on the restored surface;
- технологические трудности, связанные с восстановлением поверхностей деталей тел вращения, когда на деталь необходимо надеть с натягом проволоку в виде пружины, прошедшей термообработку;- technological difficulties associated with the restoration of the surfaces of parts of bodies of revolution, when it is necessary to put on a piece with an interference fit a wire in the form of a heat-treated spring;
- неравномерное распределение армированного материала, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости восстанавливаемой поверхности;- uneven distribution of the reinforced material, both in the vertical and horizontal planes of the restored surface;
- значительная неоднородность структуры поверхностного слоя, особенно при восстановлении плоских и криволинейных поверхностей и др.- significant heterogeneity of the structure of the surface layer, especially when restoring flat and curved surfaces, etc.
Указанные выше недостатки устранены в заявляемом способе восстановления поверхностей деталей из нержавеющей стали, в частности, марки 12Х18Н10Т, который, как и известные, включает нанесение на изношенную поверхность детали покрытия электроэрозионным легированием (ЭЭЛ) электродом из твердого сплава Т15К6 с использованием энергии разряда первоначально Wp=0,55 Дж, а затем Wp=0,90 Дж, нанесение на полученную поверхность армированного металлополимерного материала (МПМ), обеспечение его полимеризации и окончательную механическую обработку, но в котором, в соответствии с настоящим техническим решением, перед полимеризацией МПМ армируют металлическим порошком твердого сплава ВК8, а после полимеризации слоя армированного МПМ, перед окончательной механической обработкой, выполняют его лазерную обработку. При этом при армировании металлический порошок из твердого сплава ВК8 добавляют в МПМ порциями 5-7% от общего количества добавляемого металлического порошка, после каждой порции образующуюся смесь тщательно перемешивают, причем, перед нанесением на сформированное методом ЭЭЛ покрытие концентрацию порошка в смеси доводят, примерно, до 60%, лазерную обработку слоя полимеризованного армированного МПМ выполняют после его 24 - часового высушивания. Процесс лазерной обработки осуществляют при подаче образца 120 мм/мин, напряжении источника лазерного излучения 500-550 В, импульсе лазерного излучения 0,3⋅10-3-1⋅10-3 и частоте следования импульсов 50-100 Гц, при этом толщину и микротвердость обрабатываемого слоя увеличивают за счет повышения напряжения источника лазерного излучения от 500 до 550 В, увеличения импульса лазерного излучения от 0,3⋅10-3 до 1⋅10-3 и снижения частоты следования импульсов от 100 до 50 Гц.The aforementioned disadvantages are eliminated in the claimed method of restoring surfaces of stainless steel parts, in particular, grade 12X18H10T, which, as is well-known, involves applying a T15K6 hard alloy electrode using a discharge energy originally W p = 0.55 J, and then W p = 0.90 J, applying reinforced metal-polymer material (MPM) to the obtained surface, ensuring its polymerization and final machining, but in a cat In accordance with the present technical solution, prior to polymerization, MPM is reinforced with metal powder of VK8 hard alloy, and after polymerization of a layer of reinforced MPM, before its final machining, laser processing is performed. In this case, when reinforcing, a metal powder from VK8 hard alloy is added to the MPM in portions of 5-7% of the total amount of metal powder added, after each portion the resulting mixture is thoroughly mixed, and before applying to the EEL coating, the concentration of the powder in the mixture is adjusted to approximately up to 60%, laser processing of a layer of polymerized reinforced MPM is performed after it is dried for 24 hours. The laser processing process is carried out when the sample is supplied at 120 mm / min, the voltage of the laser source is 500-550 V, the laser pulse is 0.3⋅10 -3 -1⋅10 -3 and the pulse repetition rate is 50-100 Hz, while the thickness and the microhardness of the treated layer is increased by increasing the voltage of the laser source from 500 to 550 V, increasing the laser pulse from 0.3⋅10 -3 to 1⋅10 -3 and reducing the pulse repetition rate from 100 to 50 Hz.
В сущности, техническая задача устранения указанных выше недостатков решена за счет применения интегрированной технологии, включающей в себя метод электроэрозионного легирования с последующим нанесением слоя МПМ, армированного металлическим порошком, например, из твердого сплава ВК8, и его обработку лазером.In essence, the technical problem of eliminating the above drawbacks has been solved through the use of integrated technology, which includes the method of electroerosive alloying with the subsequent deposition of an MPM layer reinforced with metal powder, for example, from VK8 hard alloy, and its processing by laser.
При использовании интегрированной технологии возможны различные варианты формирования структуры восстанавливаемого поверхностного слоя.When using the integrated technology, various options for the formation of the structure of the restored surface layer are possible.
Далее приведен конкретный пример осуществления способа со ссылками на схематические изображения, где:The following is a specific example of the method with reference to schematic images, where:
- на фиг. 1 показан образец стали 12Х18Н10Т после ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6 при Wp=0,55 Дж;- in FIG. 1 shows a sample of steel 12Kh18N10T after EEL with the T15K6 hard alloy at W p = 0.55 J;
- на фиг. 2 показан образец стали 12Х18Н10Т после ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6 при Wp - in FIG. 2 shows a sample of steel 12Kh18N10T after EEL with the T15K6 hard alloy at W p
=0,55 Дж+Wp=0,90 Дж; = 0.55 J + Wp= 0.90 J;
- на фиг. 3 показан образец стали 12Х18Н10Т после ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6 при Wp=0,55 Дж+Wp=0,90 Дж, полимеризации слоя смеси из МПМ и твердосплавного порошка ВК6;- in FIG. Figure 3 shows a sample of steel 12X18H10T after EEL with T15K6 hard alloy at W p = 0.55 J + W p = 0.90 J, polymerization of a layer of a mixture of MPM and VK6 carbide powder;
- на фиг. 4 показан образец стали 12Х18Н10Т после ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6 при Wp=0,55 Дж+Wp=0,90 Дж, полимеризации слоя смеси из МПМ и твердосплавного порошка ВК6 и лазерной обработки (ЛО) полимеризованного слоя смеси из МПМ и твердосплавного порошка ВК6;- in FIG. Figure 4 shows a sample of steel 12Kh18N10T after EEL with T15K6 hard alloy at W p = 0.55 J + W p = 0.90 J, polymerization of a layer of a mixture of MPM and carbide powder VK6 and laser processing (LO) of a polymerized layer of a mixture of MPM and carbide powder VK6;
- на фиг. 5 показано устройство лазерного излучения модели Laser Nd - YAG BLS 720 (ROFIN-BAASEL Lasertech, Germany);- in FIG. 5 shows a laser radiation device of the Laser Nd - YAG BLS 720 model (ROFIN-BAASEL Lasertech, Germany);
- на фиг. 6 представлена структура стали 12Х18Н10Т после ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6;- in FIG. 6 shows the structure of steel 12X18H10T after EEL with the T15K6 hard alloy;
- на фиг. 7 представлена структура стали 12Х18Н10Т после ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6 и полимеризации нанесенного слоя смеси из МПМ порошка твердого сплава ВК6;- in FIG. 7 shows the structure of steel 12X18H10T after EEL with T15K6 hard alloy and polymerization of the deposited layer of a mixture of MPM VK6 hard alloy powder;
- на фиг. 8 схематически показано распределение микротвердости слоев сформированного покрытия по мере углубления от поверхности: 1 - ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6; 2 - ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6+(МПМ + порошок твердого сплава ВК6);- in FIG. Figure 8 schematically shows the microhardness distribution of the layers of the formed coating as it deepens from the surface: 1 - EEL with the T15K6 hard alloy; 2 - EEL with T15K6 + hard alloy (MPM + VK6 hard alloy powder);
- на фиг. 9 показан участок покрытия из твердого сплава Т15К6 и ВК6 на стали 12Х18Н10Т в плоскости, перпендикулярной сформированному слою, X 2000;- in FIG. 9 shows a coating portion of a hard alloy T15K6 and VK6 on steel 12X18H10T in a plane perpendicular to the formed layer,
- на фиг. 10 схематически показано распределение элементов в покрытии из твердого сплава Т15К6 и ВК6 на стали 12Х18Н10Т;- in FIG. 10 schematically shows the distribution of elements in a coating of a hard alloy T15K6 and VK6 on steel 12Kh18N10T;
- на фиг. 11 показана микроструктура образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 1;- in FIG. 11 shows the microstructure of a steel sample 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 12 схематически показано распределение микротвердости по глубине слоя образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 1;- in FIG. 12 schematically shows the distribution of microhardness over the depth of the layer of a sample of steel 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 13 показана микроструктура образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 2;- in FIG. 13 shows the microstructure of a steel sample 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 14 схематически показано распределение микротвердости по глубине слоя образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 2;- in FIG. 14 schematically shows the distribution of microhardness along the depth of the layer of a sample of steel 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 15 показана микроструктура образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 3;- in FIG. 15 shows the microstructure of a steel sample 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 16 схематически показано распределение микротвердости по глубине слоя образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 3;- in FIG. 16 schematically shows the distribution of microhardness over the depth of the layer of a sample of steel 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 17 показана микроструктура образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 4;- in FIG. 17 shows the microstructure of a steel sample 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 18 схематически показано распределение микротвердости по глубине слоя образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 4;- in FIG. 18 schematically shows the distribution of microhardness along the depth of the layer of a sample of steel 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 19 показана микроструктура поверхностного слоя образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 5;- in FIG. 19 shows the microstructure of the surface layer of a steel specimen 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 20 показана микроструктура образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 5;- in FIG. 20 shows the microstructure of a steel sample 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 21 схематически показано распределение микротвердости по глубине слоя образца стали 12Х18Н10Т на фиг. 4, обработанного по режиму 5;- in FIG. 21 schematically shows the distribution of microhardness along the depth of the layer of a sample of steel 12X18H10T in FIG. 4 processed according to
- на фиг. 22 схематически представлена микротвердость в поверхностном «темном» слое в зависимости от режима лазерной обработки;- in FIG. 22 schematically shows the microhardness in the surface “dark” layer depending on the laser treatment mode;
- на фиг. 23 схематически представлена микротвердость в поверхностном «светлом» слое в зависимости от режима лазерной обработки;- in FIG. 23 schematically shows the microhardness in the surface “light” layer, depending on the laser treatment mode;
- на фиг. 24 схематически представлена максимальная толщина «темного» слоя в зависимости от режима лазерной обработки;- in FIG. 24 schematically shows the maximum thickness of the “dark” layer depending on the laser treatment mode;
- на фиг. 25 схематически представлена максимальная толщина «светлого» слоя в зависимости от режима лазерной обработки.- in FIG. 25 schematically shows the maximum thickness of the "bright" layer depending on the laser treatment mode.
На образцы, размером 15×15×8 мм из нержавеющей стали 12Х18Н10Т методом ЭЭЛ на установке модели «Элитрон 52-А» поэтапно наносили покрытие электродами из твердого сплава Т15К6 с использованием первоначально энергии разряда Wp=0,55 Дж, фиг. 1, а затем Wp=0,90 Дж фиг. 2. В качестве армирующего материала при полимеризации использовали порошок в виде твердосплавной смеси ВК6, который порциями 5-7% добавляли в МПМ. При этом после каждой порции образующуюся в виде пасты смесь тщательно перемешивали, доводя концентрацию порошка в ней перед нанесением на сформированное методом ЭЭЛ покрытие, примерно, до 60%. Дальнейшее увеличение концентрации затрудняло перемешивание и не гарантировало полного обволакивания отдельных частичек твердосплавной смеси металлополимерным материалом. Образованное таким способом консистентное вещество, тщательно втирая, наносили на сформированное методом ЭЭЛ покрытие из твердого сплава Т15К6, фиг. 3.Samples of 15 × 15 × 8 mm in size made of stainless steel 12X18H10T by EEL on an installation of the Elitron 52-A model were gradually coated with T15K6 hard alloy electrodes using the initial discharge energy W p = 0.55 J, FIG. 1, and then W p = 0.90 J of FIG. 2. As the reinforcing material during polymerization, a powder was used in the form of a VK6 carbide mixture, which was added in portions of 5-7% in MPM. Moreover, after each serving, the mixture formed in the form of a paste was thoroughly mixed, bringing the concentration of powder in it before application to the EEL-formed coating to approximately 60%. A further increase in concentration made mixing difficult and did not guarantee complete enveloping of individual particles of the carbide mixture with a metal-polymer material. The grease formed in this way, carefully rubbing, was applied to the T15K6 hard alloy formed by the EEL method, FIG. 3.
После высушивания в течение 24 часов поверхность сформированного покрытия подвергали лазерной обработке (ЛО) с применением устройства модели Laser Nd - YAG BLS 720 (ROFIN-BAASEL Lasertech, Germany), фиг. 5 с приведенными ниже параметрами лазера:After drying for 24 hours, the surface of the formed coating was laser treated (LO) using a Laser Nd - YAG BLS 720 model device (ROFIN-BAASEL Lasertech, Germany), FIG. 5 with the laser parameters below:
- максимальная энергия 40Дж,- maximum energy 40J,
- максимальная мощность 150 Вт,- maximum power 150 W,
- рабочая частота 0,1-500 Гц,- operating frequency 0.1-500 Hz,
- длительность импульса 0,1-20 мс,- pulse duration 0.1-20 ms,
- диаметр пятна 0,6 мм,- spot diameter 0.6 mm,
- длина волны 1064 нм,- wavelength 1064 nm,
- рабочий стол: 500×500 мм,- desktop: 500 × 500 mm,
- линейное перемещение вдоль трех осей, поворотная головка,- linear movement along three axes, a rotary head,
- поворотный стол.- Rotary table.
На фиг. 4 показан образец стали 12Х18Н10Т после поэтапного ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6 при Wp=0,55 и 0,90 Дж; последующего нанесения консистентного вещества из МПМ и твердосплавной смеси ВК6 и лазерной обработки на режимах, представленных в Таблице 1.In FIG. 4 shows a sample of steel 12Kh18N10T after a phased EEL with T15K6 hard alloy at W p = 0.55 and 0.90 J; the subsequent application of the grease from the MPM and carbide mixture VK6 and laser treatment in the modes shown in Table 1.
Режимы лазераLaser Modes
Для проведения металлографических и дюрометрических исследований подготовленных образцов использовали оптический микроскоп «Неофот-2», при помощи которого проводилась оценка качества слоя, его сплошности, толщины и строения зон подслоя - диффузионной зоны и зоны термического влияния.For metallographic and durometric studies of the prepared samples, a Neofot-2 optical microscope was used, with the help of which an assessment was made of the quality of the layer, its continuity, thickness and structure of the sublayer zones - the diffusion zone and the heat-affected zone.
Кроме того, проводился дюрометрический анализ распределения микротвердости в поверхностном слое и по глубине шлифа от поверхности. Замер микротвердости проводили на микротвердомере ПМТ-3 вдавливанием алмазной пирамиды под нагрузкой 0,05 Н согласно ГОСТ 9450-76.In addition, a durometric analysis of the distribution of microhardness in the surface layer and in the depth of the thin section from the surface was carried out. Microhardness was measured on a PMT-3 microhardness meter by indentation of the diamond pyramid under a load of 0.05 N according to GOST 9450-76.
Для исследования распределения элементов по глубине слоя проводился локальный микрорентгеноспектральный анализ, основанный на регистрации характеристического рентгеновского излучения, возбужденного электронным пучком присутствующих в микрообъеме химических элементов. Для этого использовался электронный микроскоп, оснащенный рентгеноспектральным микроанализатором марки ISIS 300 Oxford instruments.To study the distribution of elements over the depth of the layer, a local X-ray microanalysis was performed based on the detection of characteristic x-ray radiation excited by an electron beam of chemical elements present in the microvolume. For this, an electron microscope equipped with an
На всех этапах обработки измерялась шероховатость поверхности на приборе профилографе-профилометре модели 201 завода «Калибр». Результаты фиксировали при помощи специальной приставки.At all stages of processing, the surface roughness was measured on a device of the profilograph-profilometer model 201 of the Caliber plant. The results were recorded using a special prefix.
Поэтапное формирование покрытия из твердого сплава Т15К6 при Wp=0,55 и Wp=0,90 Дж обеспечивает 100% сплошность. Толщина приращенного слоя, измеренного микрометром по отдельным выступам, достигает 0,12 мм. Шероховатость поверхности при этом составляет Rz=37 мкм. Дальнейшее увеличение энергии разряда приводит к возрастанию толщины слоя до 0,19 мм и значительному снижению качества покрытия (сплошности 85% и шероховатости Rz=65 мкм).The stage-by-stage formation of a coating of T15K6 hard alloy at W p = 0.55 and W p = 0.90 J provides 100% continuity. The thickness of the increment layer, measured by a micrometer on individual ledges, reaches 0.12 mm. The surface roughness in this case is Rz = 37 μm. A further increase in the discharge energy leads to an increase in the layer thickness to 0.19 mm and a significant decrease in the quality of the coating (85% continuity and Rz = 65 μm roughness).
На фиг. 6-8 показаны структуры образцов стали 12Х18Н10Т: после ЭЭЛ твердым сплавом Т15К6, фиг. 6, и ЭЭЛ Т15К6 с последующим нанесением композиционного материала, состоящего из МПМ и порошка твердого сплава ВК6, фиг. 7, а также распределение микротвердости сформированных покрытий по мере углубления от поверхности, фиг. 8.In FIG. Figures 6-8 show the structures of steel samples 12Kh18N10T: after EEL with the T15K6 hard alloy, Fig. 6, and T15K6 EEL followed by applying a composite material consisting of MPM and VK6 carbide powder, FIG. 7, as well as the microhardness distribution of the formed coatings as they deepen from the surface, FIG. eight.
Анализ микроструктур показал, что после ЭЭЛ стали 12Х18Н10Т твердым сплавом Т15К6, фиг. 6, сруктура поверхностного слоя состоит из трех зон. На поверхности расположена зона темного цвета толщиной до 80 мкм, микротвердость которой находится в пределах 5000-5400 МПа. Ниже, по мере углубления, расположена переходная зона более светлого цвета, микротвердость в которой плавно снижается и на глубине ~ 200 мкм соответствует микротвердости основы.An analysis of the microstructures showed that after the EEL of steel 12X18H10T with T15K6 hard alloy, FIG. 6, the structure of the surface layer consists of three zones. On the surface there is a dark-colored zone up to 80 microns thick, the microhardness of which is in the range of 5000-5400 MPa. Below, as deepening, there is a transition zone of a lighter color, the microhardness of which gradually decreases and at a depth of ~ 200 μm corresponds to the microhardness of the base.
При последующем нанесении композиционного материала, состоящего из МПМ и порошка твердого сплава ВК6, фиг. 7, поверхностный слой состоит из 4-х зон. На поверхности расположена зона темного цвета толщиной до 120 мкм, микротвердость которой находится в пределах 6200 - 9200 МПа. На границе со второй зоной микротвердость составляет 3600-3700 МПа. Ниже, по мере углубления, расположена зона светлого цвета, толщиной до 90 мкм, микротвердость которой составляет около 3200 МПа. Еще ниже микротвердость плавно снижается и на глубине ~ 280 мкм соответствует микротвердости основы.In the subsequent application of a composite material consisting of MPM and VK6 carbide powder, FIG. 7, the surface layer consists of 4 zones. On the surface there is a dark-colored zone up to 120 microns thick, the microhardness of which is in the range of 6200 - 9200 MPa. At the boundary with the second zone, the microhardness is 3600-3700 MPa. Below, as it deepens, there is a light-colored zone up to 90 microns thick, the microhardness of which is about 3200 MPa. Even lower microhardness gradually decreases and at a depth of ~ 280 μm corresponds to the microhardness of the base.
В результате электронномикроскопических исследований, получена структура сформированного на стали 12Х18Н10Т комбинированного покрытия, состоящего из твердого сплава Т15К6 и консистентного вещества, включающего МПМ и твердосплавную смесь ВК6, фиг. 9.As a result of electron microscopic studies, the structure of the combined coating formed on steel 12Kh18N10T was obtained, consisting of a T15K6 hard alloy and a grease, including MPM and VK6 carbide mixture, FIG. 9.
На фиг. 9 четко просматриваются 4 зоны. На поверхности располагается более светлая зона переменной толщины (160-180 мкм), состоящая из МПМ и твердосплавной смеси ВК6. Ниже - зона более темного цвета, толщина которой достигает 120 мкм, сформированная в результате поэтапного нанесения на подложку из стали 12Х18Н10Т твердого сплава Т15К6. Ниже располагается зона еще более темного цвета толщиной 20-30 мкм, которая вероятно, является переходной или диффузионной зоной. И еще ниже - зона, состоящая из материала основы.In FIG. 9 clearly visible 4 zones. On the surface there is a lighter zone of variable thickness (160-180 microns), consisting of MPM and VK6 carbide mixture. Below is a zone of a darker color, the thickness of which reaches 120 μm, formed as a result of the phased deposition of T15K6 hard alloy on a substrate of 12Kh18N10T steel. Below is a zone of an even darker color with a thickness of 20-30 microns, which is probably a transition or diffusion zone. And even lower is the zone consisting of base material.
Исследовали химический состав полученных покрытий. На фиг. 10 показано распределение элементов по глубине слоя. Результаты микрорентгеноспектрального анализа свидетельствуют о повышенном содержании в поверхностном слое (глубиной до 240 мкм) вольфрама и титана, увеличение количества которых объясняется вхождением этих элементов в состав твердосплавных электродов. На этом же участке отмечается пониженное содержание железа, хрома и никеля - основных элементов стальной подложки. Количество углерода и кислорода, максимальное на поверхности, по мере углубления плавно снижается до их количества в основном металле на глубине 240 и 170 мкм, соответственно. Микроструктурный анализ полученных покрытий показал, что на всех режимах лазерной обработки поверхностный слой состоит из 3-х зон: 1 -приповерхностный «темный» слой, 2 - «светлый» слой и 3 - основной металл, фиг. 11; 13; 15; 17; 19; 20.The chemical composition of the resulting coatings was investigated. In FIG. 10 shows the distribution of elements along the depth of the layer. The results of X-ray microspectral analysis indicate an increased content of tungsten and titanium in the surface layer (up to 240 μm deep), the increase in the number of which is explained by the entry of these elements into the composition of carbide electrodes. At the same site, a reduced content of iron, chromium and nickel - the main elements of the steel substrate. The maximum amount of carbon and oxygen on the surface, as it deepens, gradually decreases to their amount in the base metal at a depth of 240 and 170 microns, respectively. Microstructural analysis of the obtained coatings showed that in all laser treatment modes the surface layer consists of 3 zones: 1 - near-surface “dark” layer, 2 - “light” layer and 3 - base metal, FIG. eleven; 13; 15; 17; nineteen; 20.
Толщина и микротвердость полученных слоев определяется параметрами лазерной обработки.The thickness and microhardness of the obtained layers is determined by the laser processing parameters.
Микроструктура покрытий, полученных по режиму 1, фиг. 11, 12, характеризуется наличием тонкого и не равномерного по толщине «темного» слоя (до 10 мкм) сплошностью около 65%, который имеет наивысшую микротвердость 6110 МПа. Второй слой -«светлый», отличается пониженной травимостью в царской водке и имеет твердость до 2650 МПа, его средняя толщина около 100 мкм, сплошность 100%. Металлографический анализ показал, что переходный слой между «светлым» слоем и основным металлом не выражен, а также микротвердость формирующегося «светлого» слоя мало отличается от твердости основного металла, что связано, по-видимому, с применением «мягких» режимов лазерной обработки (Табл. 1).The microstructure of the coatings obtained according to
В результате применения обработки по режиму 2, фиг. 13, 14, толщины и микротвердость формирующихся зон в покрытии увеличиваются (Табл. 2): внешний «темный» слой толщиной до 40 мкм имеет наивысшую твердость до 7200 МПа; 2-й «светлый» слой имеет толщину около 130 мкм и твердость ~ 3200-4500 МПа. Полученные слои на данных режимах обработки характеризуются повышенной сплошностью до 100% и равномерностью по структуре и толщине.As a result of applying the processing according to
Параметры поверхностного слоя образца на фиг. 4.The parameters of the surface layer of the sample in FIG. four.
Увеличение толщины и микротвердости упрочненного слоя при обработке по режиму 2 (Табл. 2), можно объяснить снижением частоты от 100 до 50 Гц.The increase in thickness and microhardness of the hardened layer during processing according to mode 2 (Table 2) can be explained by a decrease in the frequency from 100 to 50 Hz.
При обработке по режиму 3, фиг. 15, 16, внешний «темный» слой толщиной до 50 мкм имеет наивысшую твердость до 8900 МПа; 2-й слой имеет толщину около 190 мкм, в этой зоне микротвердость максимальна на границе с первой зоной (около 6500 МПа) и снижается по мере углубления.When processing in
Исследования показали, что с увеличением импульса лазера от 0,3⋅10-3 до 1⋅10-3 (Табл. 1) на режимах 2 и 3, соответственно, толщина и микротвердость упрочненного слоя увеличиваются (Табл. 2).Studies have shown that with increasing laser pulse from 0,3⋅10 -3 to 1⋅10 -3 (Tab. 1) on the
Результаты металлографических исследований покрытий, полученных на режиме 4, фиг. 17, 18, показали, что в покрытии «темный» слой, имеющий толщину до 100 мкм, характеризуется максимальной микротвердостью до 9250 МПа и сплошностью 100%,. С увеличением напряжения от 500 до 550 В на режиме 3 и 4, соответственно, увеличивается толщина и микротвердость полученных слоев. Так, «светлый» слой имеет микротвердость 6000-7250 МПа, которая снижается по мере углубления. Толщина «светлого» слоя составляет около 230 мкм.The results of metallographic studies of coatings obtained in
Микроструктура слоя, полученного на режиме 5, фиг. 19, 20, 21, как и на других режимах обработки, характеризуется наличием 3-х зон: внешний «темный» слой (самый протяженный до 420 мкм) имеет характерное пористое строение (фиг. 19), его твердость варьируется между значениями 6100-7300 МПа, при этом наблюдаются отдельные участки твердостью до 10 ГПа (фиг. 20, 21). Второй слой - «светлый» до 260 мкм, плохо травиться реактивом (царской водкой), имеет максимальную твердость на границе с первым слоем 7400 МПа и плавно снижается до твердости основного металла в зоне 3.The microstructure of the layer obtained in
Максимальная микротвердость и толщина, «темного» и «светлого» слоев для каждого режима лазерной обработки представлены, соответственно, на фиг. 22, 23, 24, 25.The maximum microhardness and thickness of the “dark” and “light” layers for each laser treatment mode are presented, respectively, in FIG. 22, 23, 24, 25.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134067A RU2698001C1 (en) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | Method of reconditioning worn-out surfaces of parts of machines from stainless steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134067A RU2698001C1 (en) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | Method of reconditioning worn-out surfaces of parts of machines from stainless steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2698001C1 true RU2698001C1 (en) | 2019-08-21 |
Family
ID=67733809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018134067A RU2698001C1 (en) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | Method of reconditioning worn-out surfaces of parts of machines from stainless steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2698001C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2740935C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-01-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина" | Method for plunger recovery by combined treatment |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2125508C1 (en) * | 1997-11-18 | 1999-01-27 | Научно производственный отдел защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии и поддержания пластового давления НПО. "ЗНОК и ППД" | Surface repair method |
| RU2517632C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-05-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Increasing physical-mechanical properties of tool and structural steels by volumetric pulsed laser hardening |
| RU2524470C2 (en) * | 2012-08-20 | 2014-07-27 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Method of reconditioning worn-out metal parts |
| JP2017008296A (en) * | 2015-06-25 | 2017-01-12 | 新日鉄住金化学株式会社 | Crack propagation inhibiting resin composition and crack propagation inhibition method |
| RU2657670C2 (en) * | 2016-11-22 | 2018-06-14 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Method of restoration of worn surfaces of metal parts |
-
2018
- 2018-09-26 RU RU2018134067A patent/RU2698001C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2125508C1 (en) * | 1997-11-18 | 1999-01-27 | Научно производственный отдел защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии и поддержания пластового давления НПО. "ЗНОК и ППД" | Surface repair method |
| RU2524470C2 (en) * | 2012-08-20 | 2014-07-27 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Method of reconditioning worn-out metal parts |
| RU2517632C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-05-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Increasing physical-mechanical properties of tool and structural steels by volumetric pulsed laser hardening |
| JP2017008296A (en) * | 2015-06-25 | 2017-01-12 | 新日鉄住金化学株式会社 | Crack propagation inhibiting resin composition and crack propagation inhibition method |
| RU2657670C2 (en) * | 2016-11-22 | 2018-06-14 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Method of restoration of worn surfaces of metal parts |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2740935C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-01-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина" | Method for plunger recovery by combined treatment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dong et al. | Enhanced corrosion resistance of duplex coatings | |
| RU2698001C1 (en) | Method of reconditioning worn-out surfaces of parts of machines from stainless steel | |
| RU2410212C2 (en) | Procedure for treatment of conjugated surfaces of steel and/or iron parts | |
| Radek | Experimental investigations of the Cu-Mo and Cu-Ti electro-spark coatings modified by laser beam | |
| RU2423214C1 (en) | Method of reconditioning precision parts | |
| Batchelor et al. | Control of fretting friction and wear of roping wire by laser surface alloying and physical vapour deposition coatings | |
| Tarelnyk et al. | ELECTRIC-SPARK ALLOYING OF METAL SURFACES WITH GRAPHITE. | |
| Katinas et al. | Improving abrasive wear resistance for steel hardox 400 by electro-spark deposition | |
| RU2671030C2 (en) | Method of restoration of worn surfaces of metal parts | |
| RU2528070C2 (en) | Perfection of conformability of friction pair "bearing insert - shaft journal" | |
| Radek et al. | Microstructure and tribological properties of esd coatings after laser processing | |
| RU2463391C2 (en) | Method to apply double-layer coatings | |
| Xue et al. | A survey of surface treatments to improve the fretting fatigue resistance of Ti-6Al-4V | |
| RU2657670C2 (en) | Method of restoration of worn surfaces of metal parts | |
| RU2711074C1 (en) | Method of increasing wear resistance of steel parts | |
| Rakhadilov et al. | Influence of plasma electrolytic hardening modes on the structure and properties of 65G steel | |
| Pokhmurs’ kyi et al. | Efficiency of Protection Methods Against Corrosion-Fatigue Damage of D16T Aluminum Alloy | |
| JP4126346B2 (en) | Sliding member with excellent seizure resistance and method for producing the same | |
| RU2696616C1 (en) | Method of aluminizing steel parts | |
| Denisov et al. | Providing of Operational Properties for Gas-Turbine Engine Parts and Assemblies Using Electrospark Deposition | |
| Al‐Qawabeha et al. | Influence of roller burnishing on surface properties and corrosion resistance in steel | |
| Saini et al. | ELECTRODEPOSITION BASED DEVELOPMENT OF Ni–TiN–AlN AND Ni–SiC–Cr COMPOSITE COATINGS FOR TUNGSTEN CARBIDE CUTTING TOOLS | |
| RU2768945C1 (en) | Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion | |
| RU2805723C1 (en) | Method for electrolyte-plasma removal of protective coating based on aluminum and nickel from surface of workpiece | |
| Radek et al. | Investigations of the Cu-Mo and Cu-Ti electrospark coatings after laser treatment |