Синтез электродных материалов для повышения функциональных свойств покрытий на деревообрабатывающих инструментах при электроискровом легировании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат технических наук Казанников, Олег Вячеславович

• Казанников, Олег Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Казанников, Олег Вячеславович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, УСЛОВИЯ РАБОТЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУР И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОМ ЛЕГИРОВАНИИ

1.1 Условия эксплуатации и конструкция дереворежущих инструментов для предварительной обработки древесины

1.2 Обоснование выбора метода упрочнения

1.3 Сущность процесса электроискрового легирования

1.4 Основные модели процесса электроискрового легирования

1.5 Эрозия материалов электродов при ЭИЛ

1.6 Механизм образования ИПС при ЭИЛ

1.7 Структура легированного слоя при ЭИЛ

1.8 Электродные материалы, используемые для ЭИЛ

1.9 Используемые установки для ЭИЛ

1.10 Определение цели и задачи исследования

2 ВЫБОР И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯДЕРЕВОРЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВНИЕ

2.1 Обоснование выбора электродных материалов

2.2 Технология синтеза электродных материалов из шеелитового концентрата методом алюминотермии

2.3. Основные методики, применяемые в работе и используемое оборудование

2.4. Основные методики, применяемые в работе и используемое оборудование

2.5. Применяемые установки при исследовании процессов

электроискрового легирования

2.6 Выводы по второй главе

3 ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СОЗДАННОГО СИНТЕЗИРОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

3.1 Исследование прочности сцепления покрытий с основным металлом в зависимости от величины приведенной энергии

3.2 Исследование изменений шероховатости и волнистости поверхностей покрытий в зависимости от энергетических параметров процесса ЭИЛ

3.3 Определение микроструктуры и микротвёрдости ИПС

3.4 Влияние состава электродных материалов на жаростойкость поверхностного слоя

3.5. Выводы по третьей главе

4 ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ЭИЛ, РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УПРОЧНЕНИЯ

ИНСТРУМЕНТОВ И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО

4.1 Влияние межэлектродных газовых сред на процесс ЭИЛ

4.2. Исследование гранулометрического состава продуктов эрозии

4.3. Определение сплошности электроискровых покрытий с применением обдува

4.4. Исследование закономерности массопереноса и границ окончания процесса ЭИЛ при упрочнении

4.5 Определение границы окончания процесса легирования при упрочнении инструментальных сталей

4.6 Основные методологические положения на разработку технологий получения функциональных покрытий ЭИЛ

4.7 Разработка технологии получения упрочняющих покрытий ЭИЛ для повышения стойкости ленточных пил

4.8 Разработка технологии получения упрочняющих покрытий ЭИЛ для повышения долговечности фуганочных ножей

4.9 Разработка технологии получения упрочняющих покрытий ЭИЛ

для повышения долговечности пильных цепей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез электродных материалов для повышения функциональных свойств покрытий на деревообрабатывающих инструментах при электроискровом легировании»

ВВЕДЕНИЕ

Развитие современной инструментальной промышленности связано с применением новых современных технологических процессов, позволяющих повысить стойкость, надежность, обеспечить работоспособность инструментов в условиях динамических и статических контактных, силовых и тепловых нагрузок. Надежность и ресурс современных инструментов для первичной обработки древесины в значительной степени зависят от эксплуатационных свойств стали, из которых они изготовлены. Это определяет как разработку новых, так и совершенствование уже известных технологий упрочнения инструментальных сталей высокоэнергетической обработкой. Повышение параметров стойкости и прочности дереворежущих инструментов, которые в значительной степени определяются физико-механическими и геометрическими свойствами поверхностного слоя рабочих поверхностей, на сегодняшний день является актуальной задачей, поскольку они позволяют повысить производительность, точность размеров обработки и геометрической формы обрабатываемой древесины.

В настоящее время большое применение в лесной и лесоперерабатывающей промышленности имеют инструменты, изготовленные из различных инструментальных сталей - пильные цепи, ленточные пилы, фуганочные, рейсмусовые ножи и т.д. Это обусловлено более низкой ценой по сравнению с инструментами оснащенными пластинами из твердого сплава, а так же возможностью производить их заточку и ремонт непосредственно на объектах производства. Данные инструменты работают в тяжелых условиях. Высокие температуры нагрева (350-500°С), значительные величины циклических удельных давлений (до 500 МПа и более), высокая влажность увеличивают внутренние напряжения и приводят к поломке тела

инструмента. Неоднородность обрабатываемой древесины и присутствие абразивных включений вызывает износ рабочих поверхностей инструментов. У предприятий занимающихся заготовкой и первичной переработкой леса есть реальные возможности по приобретению высокопроизводительной техники поставляемой ведущими странами Европы и Азии. Стоимость такого оборудования достаточно высокая. Для его рентабельной работы требуются значительные объемы древесины и максимально возможное время непрерывной работы. Простои, связанные с заменой и ремонтом режущего инструмента по различным данным составляют 10-20% продолжительности рабочей смены. Повышение времени работы режущих инструментов для переработки лесоматериалов между перезаточками значительно повысит непрерывность работы станков и машин, их производительность. Для увеличения стойкости режущих инструментов известны следующие методы упрочнения: механическое оснащение зубьев инструмента пластинами твердого сплава (1); наплавка на лезвие твердых сплавов (2); электроконтактная закалка зубьев пил (3); закалка зубьев в поле ТВЧ (4); использование технологий химико-термической или термомеханической обработки (5). Однако конструктивные особенности режущих инструментов для первичной переработки древесины имеют следующие особенности: толщина зубьев режущей части имеет размеры от 1,0 до 1,6 мм, что не позволяет воспользоваться методами 1 и 2 (небольшая величина поверхности для установки и наплавки пластин). Испытания остальных методов свидетельствуют о возможности увеличения ресурса лишь на 30...60 %, что не обеспечивает значительного повышения стойкости. Главным достоинством поверхностной обработки инструмента является определенное сочетание высокой твердости и прочности поверхностного слоя с вязкостью и достаточной пластичностью тела инструмента. При этом появляются перспективы создания материалов со свойствами соответствующим условиям эксплуатации инструмента. Значительное повышение стойкости достигается за счет повышения не только твердости рабочей поверхности режущей части, но и коррозийной стойкости лезвия инструмента. Из множества современных методов обработки поверхностей изделий из металла концентрированными потоками энергии, предлагается использовать

метод электроискрового легирования (ЭИЛ), который позволяет в несколько раз улучшить эксплуатационные показатели инструментов изготовленных из инструментальных сталей. Синтез и последующие применение новых электродных материалов и усовершенствование технологии ЭИЛ позволит уменьшить себестоимость данного процесса с повышением функциональных характеристик деревообрабатывающих инструментов.

Цель данной работы заключается в металлотермическом синтезе новых электродных материалов (ЭМ) из реакционной шихты, содержащей шеелитовый концентрат ДВ региона, пластифицирующие элементы (N1 и Со) в виде оксидных соединений и флюсующие добавки нитрат натрия (Ыа>Юз), фтористый кальций(СаР2), оксид железа (Ре203) и разработке технологии получения на поверхности инструментов качественных покрытий с применением синтезированных ЭМ для повышения стойкости деревообрабатывающих инструментов и производительности процесса электроискрового легирования.

В соответствии с целью работы решались следующие задачи:

1. Анализ факторов, влияющих на стойкость дереворежущих инструментов, и исследование физико-геометрических параметров измененного поверхностного слоя (ИПС) вследствие упрочнения их методом ЭИЛ

2. Обоснование целесообразности использования ЭМ, синтезированных из шеелитового концентрата и пластифицирующих элементов в виде оксидных соединений для повышения стойкости дереворежущих инструментов.

3 Исследование зависимости изменения физико-механических свойств ИПС на режущих поверхностях инструментов от энергетических параметров процесса ЭИЛ.

4 Повышение эффективности процесса ЭИЛ посредством удаления из зоны легирования твердых продуктов эрозии электродов.

5. Обоснование целесообразности промышленной реализации технологий упрочнения инструментов синтезированными материалами при ЭИЛ на лесоперерабатывающих предприятиях Хабаровского края.

Научная новизна работы

1. Для упрочнения деревообрабатывающих инструментов синтезированы новые электродные материалы (патент №2428279 (51)) систем \\^-Сг-Со и №-Сг для ЭИЛ методом алюминотермии из реакционной шихты, содержащей шеелитовый концентрат (СаШОД пластифицирующие легирующие элементы (№, Сг, Со) в виде оксидных соединений и флюсующие добавки №N03, Са¥2, Ре203.

2. Установлена и научно обоснована экстремальная зависимость повышения прочности сцепления покрытий со стальной основой (5ХГМ) в зависимости от энергетических параметров ЭИЛ, и определены их предельные значения (\Уп =8-8,2 кДж/см2 , ти=(84 - 87)10"6с, ^=600Гц), при достижении которых прочность сцепления не увеличивается. При ЭИЛ численное значение выделенной энергии (\У„) является одним из ограничивающих критериев при определении рациональных технологических режимов процесса ЭИЛ.

3. Установлена закономерность влияния энергетических параметров процесса ЭИЛ на шероховатости Яа, средний шаг неровностей 8П1, волнистость и относительные опорные длины профилей Зависимость параметра шероховатости Яа от величины выделенной энергии для исследованных электродных материалов при частоте импульсов от 100 до 600 Гц имеет возрастающий характер. Определены граничные значения выделенной энергии (\УП =8-9 кДж/см ), при которых на обрабатываемой поверхности начинается образование волнистости.

4. Применение метода определения динамической микротвердости на кромках лезвий дает более точные результаты прогнозирования стойкости инструментов для деревообработки. Наибольший эффект повышения динамической микротвердости На (в 3,1 раза) и коэффициента динамического упрочнения Ку дин (в 2,8-3,1 раза) наблюдается при использовании синтезированных электродов систем \V-Cr-Co, \V-Ni-Cr.

5. Выявлено и экспериментально подтверждено негативное влияние твердой фазы на скорость образования покрытия при ЭИЛ, научно обоснована целесообразность снижения доли данной фазы посредством механического удаления осколочных частиц из зоны легирования путем обдува сжатым воздухом

при давлении 0,1-1,5 МПа. При этом производительность процесса ЭИЛ повышается в 2,3-2,6 раза.

Практическая значимость работы

1. Разработанная технология получения анодных материалов из реакционной шихты сложного состава методом алюминотермии может быть предложена к внедрению на предприятиях деревообрабатывающей промышленности и ГОК.

2. Предложенный метод исследования динамической микротвердости предлагается использовать для прогнозирования функциональных характеристик на кромках лезвий режущих инструментов и как экспресс-тест определения твердости различных клиновых поверхностей.

Разработаны и внедрены на лесоперерабатывающих предприятиях технологии получения упрочняющих покрытий ЭИЛ для повышения стойкости рабочих поверхностей ленточных пил, фуганочных ножей и пильных цепей, акты производственных испытаний которых приводятся в приложении к диссертации

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением стандартных методик испытаний модифицированных поверхностей на современном оборудовании с обработкой результатов экспериментов методами математической статистики и подтверждением результатов исследований на опытно-промышленных испытаниях.

Основные результаты исследований докладывались на международной конференции «Современное материаловедение и нанотехнологии» (27 - 30 сентября 2010 года Комсомольск-на-Амуре), на международных симпозиумах: «Современные материалы и технологии 2009», «Современные материалы и технологии 2011» (5 - 9 октября 2009 г и 24 - 28 октября 2011 г. Хабаровск), на Петербургской технической ярмарке «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» получен диплом 2 степени и серебряная медаль (Санкт-Петербург, март 20 Юг). На X Московском международном салоне «Инновации и инвестиции» (Москва, сентябрь 2010 г.)

1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, УСЛОВИЯ РАБОТЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ, ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУР И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОМ ЛЕГИРОВАНИИ

1.1 Условия эксплуатации и конструкции дереворежущих инструментов для предварительной обработки древесины

В настоящее время предприятия деревообрабатывающей отрасли не изготавливают инструмент, а используют продукцию, предлагаемую отечественной и иностранной инструментальной промышленностью. Повышение времени работы режущих инструментов для первичной переработки лесоматериалов между перезаточками значительно повысит производительность станков и машин.

В качестве материалов для изготовления большого количества деревообрабатывающих инструментов чаще всего используют инструментальные стали. Чтобы обосновать необходимость упрочнения деревообрабатывающего инструмента необходимо проанализировать особенности обработки древесины, как сложного физического тела органического происхождения и самих древесных материалов имеющих специфические физико-механические свойства. Основными параметрами древесины, имеющие отношение к резанию являются: структура древесины (ортотропно-анизотропное, волокнисто слоистое клеточное строение), меха-

нические параметры, (твердость, влажность, температура, порода, климатические условия и пр.) [1].

Взаимосвязь между механическими свойствами древесины, и процессом ее обработки резанием заключаются в следующем: обрабатывается труднее древесина твердых пород, чем древесины мягких пород; большое влияние на обработку оказывает климатические условия пиления (зима, лето); географическое место положения срубленного сырья и способ транспортировки к месту обработки (склоны - наличие абразивных включений, долины рек - сплав - повышенная влажность и т.д.). Учет особенностей структуры и механических показателей древесных материалов имеет важное значение, для организации рациональной обработки резанием.

Резание в реальных производствах осуществляется не идеальным лезвием с режущей кромкой в виде геометрической фигуры - угла с идеально острым углом, а реальным, с режущей кромкой, имеющей затупление, отклонения от идеальной формы и шероховатостью. Режущая поверхность инструмента представляет собой не ровную поверхность линии перехода от передней к задней поверхности и имеет определенный радиус вершины.

Формируется реальное лезвие путем разрушения достаточно острой вершины при заточке (завал кромок) и при взаимодействии с древесиной в процессе обработки, а также последующего выкрашивания под действием сложных физико-химических и механических процессов (окислительного, механического истирания, процесса, теплового износа).

В процессе резания древесины под воздействием различных факторов режущая часть инструмента очень сильно изменяется именно из-за выкрашивания режущей кромки. Если такие изменения клина очень большие, это приводит к снижению качества и точности обрабатываемой поверхности, к значительному повышению мощности пиления, к снижению производительности труда. Это указывает на то, что необходимо произвести заточку инструмента, т. е. восстановить прежнюю геометрию режущей кромки. На усилие резания и качество обработки, очень сильно оказывают влияние геометрические показатели режущего инстру-

мента; задний угол а, радиус закругления р, угол заточки режущей кромки (3 и передний угол у (рисунок 1). Самым главным аспектом, который характеризует инструмент, являются созданные гранями, режущие кромки.

а 8

Рисунок 1. Геометрические параметры кромок резца: а - абсолютно острый резец; б -геометрия хорошо заточенного резца; в - геометрия резца, затупившегося при обработке древесины; г -геометрия затупившегося резца

Режущая кромка резца, которую условно принимают за геометрическую линию, называется абсолютно острым (рисунок 1,а). В реальности даже очень острый инструмент имеет режущую кромку в виде закругленной поверхности с радиусом р, которая является переходной от передней и задней граней клина (рисунок 1,6). У очень острого резца радиус закругления режущей кромки невелик (р = 2+4 мкм). Линия, создающая контур режущей части, определяет ее микрогеометрию. Процесс затупления режущего клина происходит в увеличении радиуса закругления острия кромки, также происходит изменения и вида кривой затупления. Наиболее распространенная микрогеометрия режущего клина и характер ее изменения в процессе работы фуганочных ножей представлена на рисунке 1 ,б, в, г. Время работы инструмента до затупления, т. е. между двумя переточками, является стойкостью инструмента (Т; ч.). Время стойкости состоит из двух основных периодов: приработочного или начального периода, когда происходит локальные выломы или отгибы лезвия; основного периода, в котором происходит постепен-

ное выкрашивание металла с режущих кромок инструмента. [2]. В таблице 1 приведены значение скорости главного движения V, а также стойкость некоторых видов режущего инструмента [2].

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Казанников, Олег Вячеславович

3.5. Выводы по третьей главе.

1. В результате исследований, учитывая специфику работы дереворежущего инструмента был подобран комплект анодных материалов для упрочнения лезвий с помощью ЭИЛ. Изготовлены новые электродные материалы из минерального сырья методом алюминотермии \V-Cr-Co и №-Сг

2. Установлена экстремальная зависимость прочности сцепления покрытий со стальной основой в зависимости от энергетических режимов процесса ЭИЛ. С помощью полученных уравнений регрессии для анодного материала Сг, сплавов ВК6, Т15К6, 11Х15Н25М6АГ2 \У-Сг-Со \V-Ni-Cr и материала катода из штамповой стали 5ХГМ, определены предельные значения энергетических режимов процесса ЭИЛ (\УП = 8-9 кДж/см2), обеспечивающие наибольшие значения напряжений на срез.

3. Применение метода определения динамической микротвердости на кромках лезвий, дает более точные результаты в соотношении микротвердость и долговечность применительно к износостойкости инструментов. Данный метод предлагается использовать как экспресс-тест при упрочнении различных клиновых поверхностей.

4. Определена закономерность влияния энергетических режимов процесса ЭИЛ на: шероховатость (Ка), средний шаг неровностей (8т), волнистость, и относительные опорные длины профилей неровностей. Определены граничные значения энергетических режимов процесса (и'п = 8.0 кДж/ см), при превышении которых качественное формирование шероховатости ИПС прекращается вследствие образования волнистости.

5. Исследование покрытий на жаростойкость, образованных на инструментальных сталях, показали эффективность применения испытанных электродных материалов; наибольшую жаростойкость обеспечивает использование электродов из 11Х15Н25М6АГ2,Сг, \У-Сг-Со в 1,3 - 2,2 раза по сравнению с поверхностями без покрытий. Анализ полученных результатов свидетельствует об эффективности использования следующих синтезированных материалов на вольфрамасодержащей основе для повышения жаростойкости: \У-Сг-Со \V-Ni-Cr.

4 ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ЭИЛ, РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УПРОЧНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО

4Л Влияние межэлектродного пространства на процесс ЭИЛ

Изучение влияния элементов внешней среды на процесс ЭИЛ является важной задачей при создании покрытий с заранее заданными свойствами. Ионизация межэлектродного газа, высокие температуры искровых разрядов, присутствие жидкой, твердой и паровой фазы в зоне легирования взаимодействуют с элементами окружающей среды, приводят к изменению физико-механических свойств легированного слоя. Многие ученые проводили исследования по выбору и использованию различных межэлектродных газовых сред. Н.И. Лазаренко установила возможность изменения характера зависимости массопереноса подбором среды легирования, уменьшающих или исключающих окисление материалов электродов. Сильно это проявляется при использовании в процессе обработки инертных и восстановительных сред - водорода, аргона. В работах профессоров Кима В. А. [73. 74], Верхотурова А. Д. [8], Химухина С.Н. [11] Коротаева Д.Н., [80] проводились исследования процесса ЭИЛ при применении различных сред. Приоритеты в работах отдавались в основном защите зоны легирования от кислорода и азота, исследования влияния оксидных и нитридных фаз, рассматривались зависимости эрозии и массопереноса от термодинамических и физико-химических свойств межэлектродного газа, в том числе вакуума.

Профессором Мулиным Ю.И. были выполнены исследования кинетики суммарного изменения массы катода в зависимости от применения охлаждения зоны легирования [54]. Результатами данных работ были установлены повышения микротвердости, износостойкости и скорости массопереноса. Однако применение этих исследований на предприятиях затруднительно, так как применяемое оборудование и расходные материалы в дополнение к основному комплекту ЭИЛ достаточно дорогостоящее, не мобильное и занимает много места в производственных помещениях. Еще одним стимулом повышения производительности легирования является ограниченное время технологического процесса заточки и разводки инструмента. В результате анализа данных о механизме процесса ЭИЛ была выдвинута гипотеза о негативном влиянии твердой фазы на скорость массопереноса. Осколки электродов величиной от 10 до 120 мкм попадая в зону легирования, не закрепляются прочно на обрабатываемой подложке, а при соприкосновении анода и катода могут быть оторваны. Закрепленные частицы у краев расплавленных ванн подвергаются последующими электроискровыми разрядами сопровождающимися массопереносом, при этом в значительной мере увеличивается пористость и повышается шероховатость ИПС. Для проверки данной гипотезы, учитывая небольшую массу твердых частиц, и для улучшения качественных характеристик образуемого покрытия производился обдув поверхности легирования струей сжатого воздуха давлением 0,1-0,15 МПа на расстоянии 20 мм от зоны легирования. В покрытии в этом случае будет содержаться меньшее количество оксидов. Охлаждение детали воздухом при жестких режимах обработки нейтрализует термическое воздействие.

В данном разделе проведены исследования, с целью повысить производительность ЭИЛ за счет удаления из зоны легирования твердой фазы сжатым воздухом и определить влияние обдува на технологические показатели ИПС в том числе распределения ЗТВ.

4.2. Исследование гранулометрического состава продуктов эрозии.

Эрозия материалов электродов, как правило, происходит в паровой, жидкой и твёрдой фазе, поэтому определение гранулометрического состава продуктов эрозии при ЭИЛ и его влияния на интенсивность массопереноса является важной задачей. В соответствии с методикой, изложенной в п. 2.3.1. проведены исследования гранулометрического состава продуктов эрозии. Опыты не менее 3 выполнялись на образцах из стали 5ХГМ обработанными выбранными электродными материалами. В таблице. 16 приведены значения гранулометрического состава продуктов эрозии при ЭИЛ. Для определения степени влияния величины приведенной энергии и длительности следования импульсов т и на процентное содержание твердой фазы в продуктах эрозии были выполнены дополнительные эксперименты с материалами анодов. Результаты экспериментов приведены в таблице 17.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного диссертационного исследования можно сделать следующие выводы:

1. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены исследования об эффективности использования минеральных концентратов, которые содержат дорогостоящие легирующие элементы и добываются на территории Хабаровского края для изготовления электродных материалов с целью упрочнения дереворежущих инструментов.

2. Синтезированы новые анодные материалы \\^-Сг-Со (масс. % XV - 52%, Сг - 24%, Со - 19%.) и \V-Ni-Cr (масс. % - 50.2%, № - 26.3% , Сг - 18.3%) из шеелитового концентрата методом алюминотермии и последующее их применение для упрочнения изделий из инструментальных сталей. Установлено рациональное соотношение компонентов реакционной смеси(А1, \\Ю3> Сг2Оэ, Со304, №0) для синтеза электродных материалов систем: \\^-Сг-Со (А1- 1.4-2.0, Сг203-0.6-1.7, Со304 - 0.5-1.4); \V-Ni-Cr (А1- 1.2-1,8, №0-0.5-2.2, Сг304 - 0.51.4). Данные приведены в соотношении компонентов шихты с содержанием оксида вольфрама (\\Ю3) в шеелите (на 1 массовую долю) [патент№2428279].

3. Применение метода определения динамической микротвердости на кромках лезвий дает более точные результаты прогнозирования износостойкости и долговечности инструментов для деревообработки, данный метод, можно, использовать как экспресс-тест при упрочнении различных клиновых поверхностей. Эффект увеличения коэффициентов упрочнения Ку и динамического упрочнения Кудин можно расположить в следующий нисходящий ряд при использовании исследованных электродов: Ку: Т15К6(3,2), ВК6(3,0), \V-Cr

Со(1,9), W-Ni-Cr (1,6), Сг (1,5), 11Х15Н25М6АГ2 (0,9), без покрытия (1); Кудин\ Сг(3,1), W-Cr-Co(2,9), \¥-№-Сг(2,8), Т15К6(2,48), ВК6(2,44), 11Х15Н25М6АГ2 (2,7), без покрытия (1)

4. Рентгеноструктурный и микрорентгеноспектральный анализ позволяет заключить; что в покрытиях сформированных \V-Cr-Co, \V-Ni-Cr образуются соединения Ре№, БеСг, карбиды № и Сг, оксиды Ре203> \\Ю3, Сг2Оэ, и более сложные соединения типа Ре2\\Ю6 вследствие диффузионных процессов в жидко-твердом состоянии. Микротвердость «белого слоя» колеблется от 39,3 до 152,4 МПа. По эффективности понижения микротвердости электродные материалы располагаются в следующий нисходящий ряд: белый слой, (МПа) -Т15К6 (152,4), ВК6 (146,4), \У-Сг-Со (98,3), \У-№-Сг (89,1), Сг (88,0), 11Х15Н25М6АГ2 (39,3); ЗТВ, (МПа) - Сг (48,4), Т15К6 (46,4), \V-Cr-Co (45,1), \V-Ni-Cr (44,2), ВК6 (43,2), 11Х15Н25М6АГ2 (42,3)

5. Механическое удаление твердой фазы из зоны легирования путем обдува воздухом при давлении не менее 1,5 МПа позволяет ускорить процесс ЭИЛ в 2-2,5 раза, при достижении сплошности покрытия 92% - 96% толщина ИПС составляет 10 -20 мкм. Эта величина входит в поле допуска уширения режущей части дереворежущих инструментов, что позволяет упрочнять их, не изменяя геометрических параметров.

6. Предложены рекомендации по подбору электродных материалов для образования покрытий ЭИЛ в зависимости от породы древесины назначения и параметров деревообрабатывающего инструмента. Образование поверхностей с ИПС при применении процессов ЭИЛ для упрочнения дереворежущих инструментов из инструментальных сталей позволяет повысить стойкость в 2,1 - 2,6 раза.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ЭИЛ - электроискровое легирование.

ЭМ - электродные материалы.

ИПС - измененный поверхностный слой.

МЭП - межэлектродный промежуток.

ИР - искровой заряд.

БС - белый слой.

ВС - вторичная структура.

- приведённая величина энергии искровых разрядов. ^ - частота следования искровых импульсов.

ЗТВ - зона термического влияния.

Нс{ - динамическая микротвердость.

1Х - порог хрупкого разрушения.

Хер - предел прочности сцепления. о - предел прочности, МПа.

6, - глубина внедрения бойка в лезвие, мм. тк - масса подвешенной части бойка кг.

V - скорость бойка в момент удара м/с. а - угол подъема бойка перед ударом град. g — ускорение свободного падения м/с .

- радиус качания центра масс бойка м.

Ь - базовая (фактическая) длина измерения, мм. Ьпр~ суммарная длина участков с пропусками, мм.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Казанников, Олег Вячеславович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Грубе А. Э. Дереворежущие инструменты / А. Э. Грубе - Москва: Лесная промышленность, 1971. - 344 с.

2 Бершадский А.Л. Цветкова. Н.К. Резание древесины /. А.Л.Бершадский. Н.К. Цветкова - Москва Высшая школа, 1975,- 303 с.

3 Ступнев Г.К., Рушнов Н.П. Вологдин Ю.В. Пиление древесины ленточными пилами вдоль волокон / Г.К.Ступнев, Н.П.Рушнов Ю.В.Вологдин - М: Лесн.пром-сть, 1980. - 206с.

4 Успенский В.А. Составляющие усилия резания при пилении пильными цепями. / В.А.Успенский //Известия .вузов. Лесной журнал № 4 - Москва 1962, с. 78-84.

5 Морозов В.Г. Исследование некоторых факторов режимов резания, на затупление инструмента (продольное фрезерование): автореф. дисс. канд. техн. наук:/ Морозов Владимир Георгиевич. - М., 1967. - 16 с

6 Лазаренко Н. И. Технологический процесс изменения исходных свойств металлических поверхностей электрическими импульсами / Н. И. Лазаренко // Электроискровая обработка материалов. Вып.2. - М. : АН СССР, 1960. - С. 36 - 66.

7 Золотых Б. Н. Физические основы электроискровой обработки металлов / Б. Н. Золотых. - М.: Технико-теоретическая литература. - 1953. - 107 с.

8 Верхотуров А. Д. Физико-химические основы процесса электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров. - Владивосток : Дальнаука, 1992. - 180 с.

9 Пячин С. А. Модель формирования покрытий при электроискровом легировании / С. А.Пячин, А. И. Кондратьев // Исследования Института материаловедения в области создания материалов и покрытий. - Владивосток : Даль-наука, 2001.-С. 187-197.

10 Мулин Ю. И. Электроискровое легирование рабочих поверхностей инструментов и деталей машин электродными материалами, полученными из минерального сырья / Ю. И. Мулин, А. Д. Верхотуров. - Владивосток : Дальнаука, 1999. - 110 с.

11 Химухин С.Н. Формирование структуры слоя на металлах и сплавах при электроискровой обработке/ С.Н. Химухин, Ри Хосен, А.Д. Верхотуров, Э.Х. Ри.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. - 240 с.

12 Самсонов Г. В. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Г. В. Самсонов, А. Д. Верхотуров, Г. А. Бовкун, В. С. Сычев. - Киев : Наукова думка, 1976. - 220 с.

13 Лазаренко Б. Р. Электроискровая обработка токопроводящих материалов / Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко. - М. : АН СССР, 1959. - 184 с.

14 Лазаренко Н. И. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Н. И. Лазаренко, Б. Р. Лазаренко // Электронная обработка материалов. -1977.-№3,-С. 12-16.

15 Лазаренко Н. И. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Н. И. Лазаренко, Б. Р. Лазаренко // Электронная обработка материалов. -1977.-№3,-С. 12-16.

16 Верхотуров А. Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании / А. Д. Верхотуров. - Владивосток : Дальнаука, 1995.-323 с.

17 Гитлевич А. Е. Электроискровое легирование металлических поверхностей / А. Е. Гитлевич, В. В. Михайлов, Н. Я. Парканский, В. М. Ревуцкий. - Кишинев : Штиинца, 1985. - 196 с.

18 Верхотуров А . Д. Электродные материалы для электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров, И. А. Подчерняева, Л. Ф. Прядко, Ф. Ф. Егоров. - М. : Наука, 1988. - 224 с.

19 Золотых Б. Н. О физической природе электрической обработки металлов / Б. Н. Золотых // Электроискровая обработка материалов. Вып. 1. - М.: АН СССР. - 1957.-С. 39-69.

20 Верхотуров А. Д. Обобщенная модель процесса электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров // Электрофизические и электрохимические методы обработки, 1983. - №1. - С. 12-16.

21 Верхотуров А. Д. О физической природе эрозии и формирования поверхностного слоя при электроискровом легировании молибдена пористыми электродами железа / А. Д. Верхотуров, А. С. Драчинский, И. А. Подчерняева // Порошковая металлургия. - 1983. - № 12. - С. 51-54.

22 Верхотуров А. Д. Зависимость эрозии анода от состоянии упрочняемой поверхности при электроискровом легировании / А. Д. Верхотуров, И. А. Подчерняева, Г. В. Самсонов // Электронная обработка материалов. - 1970. - №6. -С. 29-31.

23 Пячин С.А. Формирование поверхностного слоя из переходных металлов на тантале и сталях при воздействии электрических разрядов : автореф. дис. ... канд. физ. - мат. наук. - Владивосток : ИМ. 1999. - 22 с.

24 Пячин С. А. Модель формирования покрытий при электроискровом легировании / С. А.Пячин, А. И. Кондратьев // Исследования Института материаловедения в области создания материалов и покрытий. - Владивосток : Даль-наука, 2001.-С. 187-197.

25. Мулин Ю. И. Феноменологическое описание закономерностей формирования

поверхностного слоя при электроискровом легировании / Ю. И. Мулин, Л. А. Климова, Д. В. Яр ков // Физика и химия обработки материалов. - 2000. - № 3. -С. 50-56.

26. Мулин Ю. И. Формирование износостойких покрытий со специальной микро-

геометрией при электроискровом легировании / Ю. И. Мулин, А. Д. Верхоту-ров, В. Д. Власенко // Электронная обработка материалов. - 2004. - №6. - С. 11-18.

27 Лазаренко Б. Р. Электрическая теория искровой эрозии металлов / Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко // Основы электроискровой обработки металлов. - М. : АН СССР. - 1952. - С. 44-51.

28 Лазаренко Б. Р. Динамическая теория выброса материала электрода коротким электрическим импульсом и закономерности образования ударных кратеров / Б. Р. Лазаренко, Д. И. Городекин, К. Я. Краснолоб // Электронная обработка материалов. - 1969. - №2. - С. 18-23.

29 Золотых Б. Н. О физической природе электроискровой обработки металлов / Б. Н. Золотых // Электроискровая обработка металлов. Вып. 1. - М : АН СССР, - 1957.-С. 38-69.

30 Золотых Б. Н. Тепловые процессы на поверхности электродов при электроискровой обработке металлов / Б. Н. Золотых, А. И. Круглов // Проблемы электрической обработки материалов. - М. : АН СССР. - 1960. - С. 65-85.

31 Лазаренко Б. Р. Физика искрового способа обработки металлов / Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко. - М. : ЦБТИ МЭП СССР, 1946. - 76 с.

32 Лазаренко Б.Р. Физические основы электроискровой обработки металлов / Б. Р. Лазаренко // Вестник АН СССР. - 1959. - №6. - С.49-56.

33 Лазаренко Н. И. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Н. И. Лазаренко. - М. : Машиностроение, 1976. - 44 с.

34 Палатник Л. С. Фазовые превращения при электроискровой обработке металлов и опыт установления критерия наблюдаемых взаимодействий / Л. С. Палатник // ДАН СССР. - 1954. Т.89. - №3. - С. 433-455.

35 Могилевский И. 3. Металлографические исследования поверхностного слоя стали после электроискровой обработки / И. 3. Могилевский, С. А. Чеповая // Сб. Электроискровая обработка металлов, вып.1. М. : АН СССР. - 1957. - С. 64-68.

36 Лемехов Г. К. Повышение стойкости инструмента и технологической оснастки электроискровым легированием / Г. К. Лемехов // Технология и организация производства. - 1978. -№3. - С. 51-52.

37 Лемехов Г. К. Применение метода электроискрового легирования инструмента на некоторых заводах Министерства тракторного и сельскохозяйственного машиностроения / Г. К. Лемехов, В. А. Нерзнер // Электронная обработка материалов. - 1977. - №4. - С. 90-93.

38 Бурумкулов Ф. X. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов (теория и практика) / Ф. X. Бурумкулов, П. П. Лезин, П. В. Сенин, В. И. Иванов, С. А. Величко, П. А. Ионов. - Саранск : МГУ им. Н.П. Огарева, 2003. - 504 с.

39 Андреев В. И. Повышение долговечности деталей при повторном электроискровом легировании / В. И. Андреев, В. И. Деревянко, Н. И. Беда // Электронная обработка материалов. - 1975. - №1. - С. 84-85.

40 Хасуи А. Наплавка и напыление : Пер. с яп. / А. Хасуи, О. Моригаки. - М. : Машиностроение, 1985. - 240 с.

41 Верхотуров А. Д. Электродные материалы для электроискрового легирования с использованием минерального сырья / А. Д. Верхотуров, С.

42 Михайлюк А. И. Превращения в поверхностных слоях сплавов железа при электроискровом легировании / А. И. Михайлюк, А. Е. Гитлевич // Электронная обработка материалов. - 1986. - №4. - С. 23-27.

43 Миндюк А. К. О природе и свойствах белых слоев / А. К. Миндюк, Ю. К. Ба-бей, И. П. Выговской // Физико-химическая механика материалов. - 1974. -№9.-С. 81-84.

44 Кришталл М. А. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера / М. А. Кришталл, А. А. Жуков, А. Н. Кокора. - М.: Металлургия, 1974. -192 с.

45 Андреев В. И. Электроискровое легирование деталей, работающих в условиях термоциклического нагружения / В. И. Андреев, В. И. Морозенко, Н. И. Беда // Электронная обработка материалов. - 1973. - №2. - С. 23-25.

46 Фрейдлин М. Г. Структурные особенности слоев, полученных при электроискровом легировании титановых сплавов / М. Г. Фрейдлин, Р. М. Бродская, А. М. Легкодух // Электронная обработка материалов. - 1986. - №2. - С. 26-28.

47 Трефилов В. И. Физические основы прочности тугоплавких материалов / В. И. Трефилов, Ю. В. Мильман, С. А. Фирстов. - Киев : Наукова думка, 1975. -316 с.

48 Гитлевич А. Е. Массоперенос в поверхностных слоях стали и титана при многократном воздействии импульсных разрядов / А. Е. Гитлевич, П. А. Топала // Электронная обработка материалов. - 1989. - №6. - С. 20-23.

49 Немошкаленко В. В. Особенности формирования поверхностных слоев при искровых разрядах / В. В. Немошкаленко, Н. А. Топала // Металлофизика. -1990.-Т. 12,№3.-С. 132-133.

50 Петров Ю. Н. Структурные изменения металла после электроискрового легирования / Ю. Н. Петров, И. И. Сафронов, Ю. П. Келоглу // Электронная обработка материалов. - 1965. - №2. - С. 24-30.

51 Иванов Г. П. Технология электроискрового упрочнения инструментов и деталей машин / Г. П. Иванов. - М. : Машгиз, 1961. - 303 с.

52 Фадеев В. С. Разработка и исследование материала инструментального назначения с поверхностным градиентом упругих свойств / В. С. Фадеев, А. Д. Верхотуров, Е. Н. Емельянов // Перспективные материалы. - 2001. - №1. - С. 73-80.

53 Бойцов А. Г. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А. Г. Бойцов, В. Н. Машков, В. А. Смоленцев, Л. А. Хворостухин. -М. : Машиностроение, 1991.- 144 с.

54 Белобрагин В. Я. Японский прогноз развития науки, техники и технологии до 2025 года / В. Я. Белобрагин, Л. Г. Дубицкий. - М. : Академия стандартизации Госстандарта России, 2001. - 612 с.

55. Чжен И. А. Исследование влияния некоторых переменных факторов на интенсификацию механизированного электроискрового легирования металлических поверхностей / И. А. Чжен, А. А. Золотов, К. Ф. Потехин // Электронная обработка материалов. - 1982. - №4. - С. 29-32.

56 Верхотуров А. Д. Некоторые вопросы современного состояния и перспективы развития материаловедения / А. Д. Верхотуров, В. С. Фадеев. 4.1. - Владивосток : Дальнаука, 2004. - 320 с.

57 Намитоков К. К. Электроэрозионные явления / К. К. Намитоков. - М. : Энергия, 1978. - 456 с.

58 ГОСТ 23402-78. Порошки металлические. Определение величины частиц. -М.: Стандарты. - 1979. -7 с.

59 Мулин Ю. И. Феноменологическое описание закономерностей формирования поверхностного слоя при электроискровом легировании / Ю. И. Мулин, Л. А. Климова, Д. В. Ярков // Физика и химия обработки материалов. - 2000. - № 3. -С. 50-56.

60 Арзамасов Б. Н. Материаловедение / Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин. - М. : Машиностроение, 1986. - 384 с.

61. Верхотуров А. Д. Влияние режимов электроискрового легирования и электродных материалов на структуру и износостойкость покрытий / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин, Е. А. Астапова, В. А. Агапятов, М. И. Щетинин, А. В. Козырь, В. В. Соловьев // Электронная обработка материалов. - 2004. - № 3. - С. 17-21.

62 Патент №2060118, Россия, 6 В23Н 1/2 Устройство для электроискровой обработки / Верхотуров А. Д., Мулин Ю. И., Малых С. Г., Малых И. Г., заявл. 01.03.93, опубл. 20.05.96, бюл. №14. 3 с. 1 ил.

63 Положительное решение о выдаче патента по заявке №95121853/02 от 26.12.95 г. Устройство для электроискрового легирования. Авторы: Мулин Ю. И., Верхотуров А. Д. Решение о выдаче патента Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 07.02.1997 г.

64 Бурумкулов Ф. X. Восстановление и упрочнение деталей и инструментов концентрированным источником тепла / Ф. X. Бурумкулов, В. П. Лялякин, В. И. Иванов, В. В. Черкасов, С. Н. Петровский // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2003. - № 9. - С. 35 -39.

65 Бурумкулов Ф. X. Параметры микрогеометрии и задиростойкость поверхностей, образованных электроискровой обработкой / Ф. X. Бурумкулов // Сварка Урала. - Нижний Тагил, 2001.-С.129-131.

66 Коваленко B.C. Металлографические реактивы (справочник) /B.C. Коваленко. - М. : Металлургия, 1981. - 109 с.

67 Зотов Г.А. Дереворежущий инструмент. Конструкция и эксплуатация: учебное пособие / Г.А. Зотов. - СПб.: Лань, 2010. - 378 с.

68 Худобин Л.В. Новый метод оценки микротвердости лезвия ножа // Заводская лаборатория. Диагностика материалов / Л.В. Худобин, А.Ш. Хусаинов. -2007.-№3.-С. 63 -66.

69 ГОСТ 6130-71. Металлы. Методы определения жаростойкости. - М. : Стандарты, 1971.- 10 с.

70 ГОСТ 21910-76. Металлы. Характеристики жаростойкости, наименования, определения, расчётные формулы и единицы величин. - М. : Стандарты, 1976,- 14 с.

71 Мулин Ю. И. Повышение износо- и жаростойкости поверхностей титановых сплавов / Ю. И. Мулин // Вестник машиностроения. - 2006. - № 8. - С. 63-68.

72 Никитин В. И. Совершенствование метода определения жаростойкости металлов / В. И. Никитин. // Физико-химическая механика материалов. -М.: Металлургия, 1982. - № 23. - С. 95-97.

73 Никитин В. И. Расчет жаростойкости металлов / В. И. Никитин. - М. : Металлургия, 1976. - 208 с.

74 Верхотуров А. Д. Исследование процессов восстановления и упрочнения методом электроискрового легирования матриц для прессования алюминиевых панелей / А. Д. Верхотуров, Ю. И. Мулин, А. Н. Вишневский // Благовещенск : Вестник АмГУ. - 2002. - №19. - С. 30-33.

75 Бурумкулов Ф. X. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов (теория и практика) / Ф. X. Бурумкулов, П. П. Лезин, П. В. Сенин, В. И. Иванов, С. А. Величко, П. А. Ионов. - Саранск : МГУ им. Н.П. Огарева, 2003. - 504 с.

76 Хусаинов А.Ш. Новый метод оценки микротвердости лезвия ножа // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2007. - № 3. - С. 63 - 66.

77 Патент 2279056, РФ. МПК7 G 01 N 3/48. Способ определения динамическои микротвердости поверхностного слоя клиновидной детали. / Л. В. Худобин, А. Ш. Хусаинов. 2005111203. Заявл. 15.04.2005. Опубл. 27.06.2006. Бюл. № 18.

78 Ким В.А. Роль газовой среды в процессах электроискрового легирования / В.А.

Ким, Д.Н. Коротаев // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1998. - №7-9. - С. 116-118.

79 Ким В.А. Газовая среда - фактор упрочнения при электроискровом легировании /В.А. Ким, Д.Н. Коротаев // Электронная обработка материалов. - 1998. -№8. - С. 37-43.

80 Коротаев Д.Н. Технологические возможности формирования износостойких наноструктур электроискровым легированием : монография / Д.Н. Коротаев -Омск: СибАДИ, 2009. - 256 с.

81 Верхотуров А. Д. К вопросу об основных идеях, парадигмах и методологии науки о материалах / А. Д. Верхотуров // Принципы и процессы создания неорганических материалов: междунар. симпоз. - Хабаровск : ТОГУ. - 2004. - С. 34.

82 Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн./ Под ред. И. В. Крагель-ского, В. В. Алисина. - М.: Машиностроение, 1978. - Кн. -405 с.

83 Система машин в лесном хозяйстве. Учеб. / В.Н. Винокуров, Н.В. Еремин.- М.: Издательский центр «Академия», 2004.- 320 с.

84 Миськів Є.М. Особливості методики визначення виду розпилювання пиломатеріалів / Є.М. Миськів, В.О. Маєвський, В.М. Максимів // Наук, вісник НЛТУ України: 36. наук.-техн. праць. - 2007, - Вип. 17.3. - С. 137-140.

85 Кушляев, В. Ф. Лесозаготовительные машины манипуляторного типа [Текст] / В.Ф. Кушляев. - М. : Лесн. пром-сть, 1981. -248 с.

86 Белозеров И. Л., Кибякова С. И. Технология лесопильно-деревообра-батывающих производств: Учебное пособие. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2004. -129 с.