Влияние добавки хрома и режимов при электроискровом легировании алюмоматричным анодным материалом стали

Влияние добавки хрома и режимов при электроискровом легировании алюмоматричным анодным материалом стали

Автор: Николенко Сергей Викторович, Коневцов Леонид Алексеевич, Гордиенко Павел Сергеевич, Панин Евгений Савельевич, Величко Сергей Анатольевич

Журнал: Инженерные технологии и системы @vestnik-mrsu

Рубрика: Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Статья в выпуске: 3, 2021 года.

Бесплатный доступ

Введение. Электроискровое легирование используется для получения упрочняющих покрытий. К анодным материалам, обладающим уникальными свойствами, относят алюмоматричные композиционные материалы на основе алюминия. Цель работы - разработка новых анодных алюмоматричных композиционных материалов с высокими показателями эффективности при электроискровом легировании углеродистой стали 45. Материалы и методы. В качестве подложки (катода) использовалась конструкционная углеродистая сталь 45. Алюмоматричные материалы выбраны в качестве анодных. Величину привеса катода и эрозию анода определяли гравиметрическим методом на электронных весах Shinko Denshi HTR-220 CE с точностью ±·10-4 г. Для исследования микроструктуры и металлографии поверхности анодных материалов использовался микроскоп EVO-50 XVP и Altami МЕТ 3 АПО фирмы С.ZEISS. Для изучения покрытий на микроабразивный износ применялся прибор CALOTEST CSM Instruments. Результаты исследования. Разработана методологическая схема достижения эффективности параметров электроискрового легирования и свойств легированного слоя в зависимости от состава анодного металломатричного композиционного материала на основе алюминия с добавлением хрома и режимов обработки. Для нанесения материала анода при электроискровом легировании установлен режим электроискровой установки «ИМЭЛ» с энергией импульсов 14,4 Дж. Найдено, что после электроискрового легирования стали 45 твердость и износостойкость поверхности возрастают в 2-3 раза, жаростойкость - в 5-18 раз. Обсуждение и заключение. Получены ряды увеличения массы катода, эрозионной стойкости электродных материалов, коэффициента массопереноса, жаростойкости, твердости и износостойкости легированного слоя. Они являются удобным инструментом для достижения тех или иных параметров эффективности при электроискровом легировании в зависимости от выбранного анодного материала и режимов обработки.

Еще

Электроискровое легирование, анодные металломатричные материалы, твердость, износостойкость, жаростойкость

Короткий адрес: https://sciup.org/147236042

IDR: 147236042   |   DOI: 10.15507/2658-4123.031.202103.449-469

Список литературы Влияние добавки хрома и режимов при электроискровом легировании алюмоматричным анодным материалом стали

  • Панфилов, А. А. Особенности металлургических процессов при выплавке алюмоматрич-ных композиционных сплавов / А. А. Панфилов, Е. С. Прусов, В. А. Кечин // Литейщик России. -2018. - № 11. - С. 10-13. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36455377 (дата обращения: 15.05.2021). - Рез. англ.
  • Влияние природы электродных материалов на эрозию и свойства легированного слоя. Критерии оценки эффективности электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров, В. И. Иванов, A. С. Дорохов [и др.]. - DOI 10.15507/0236-2910.028.201803.302-320 // Вестник Мордовского университета. - 2018. - Т. 28, № 3. - С. 302-320. - Рез. англ.
  • Использование функционально-градиентных материалов при электроискровом легировании углеродистых сталей / С. В. Николенко, П. С. Гордиенко, Л. А. Коневцов [и др.] // Технология машиностроения. - 2019. - № 10. - С. 5-13. - URL: http://www.ic-tm.ru/info/10_28 (дата обращения: 15.05.2021).
  • Моделирование температурного поля поверхности при электроискровом легировании металлов / B. Д. Власенко, В. И. Иванов, В. Ф. Аулов [и др.]. - DOI 10.15507/2658-4123.029.201902.218-233 // Инженерные технологии и системы. - 2019. - Т. 29, № 2. - С. 218-233. - Рез. англ.
  • Композиционные СВС-материалы на основе карбида и никелида титана, легированные тугоплавким нанокомпонентом / Ю. С. Погожев, Е. А. Левашов, A. Е. Кудряшов [и др.] // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2012. - № 2. - С. 24-32. - URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=17896181 (дата обращения: 15.05.2021).
  • Nano-Scale Multilayered-Composite Coatings for the Cutting Tools / A. A. Vereshchaka, A. S. Vereshchaka, O. Mgaloblishvili [et al.]. - DOI 10.1007/s00170-014-5673-2 // International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology. - 2014. - Vol. 72, Issue 1. - Pp. 303-317.
  • Верещака, А. А. Функциональные покрытия для режущих инструментов / А. А. Верещака // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2015. - № 4 (48). - С. 25-36. -URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24985862 (дата обращения: 15.05.2021). - Рез. англ.
  • Consolidation of Aluminum-Based Metal Matrix Composites via Spark Plasma Sintering / G. A. Sweet, M. Brochu, R. L. Hexemer Jr. [et al.]. - DOI 10.1016/j.msea.2015.09.027 // Materials Science and Engineering: A. - 2015. - Vol. 648. - Pp. 123-133.
  • Fabrication and Properties of SiCp/Al Composites by Pulsed Electric Current Sintering / M. Yang, D. Zhang, X. Gu, L. Zhang. - DOI 10.1007/s10853-005-1814-1 // Journal of Materials Science. - 2005. -Vol. 40. - Pp. 5029-5031.
  • Effect of Fabrication Process on the Microstructure and Dynamic Compressive Properties of S^p/ Al Composites Fabricated by Spark Plasma Sintering / J.-T. Zhang, L.-Sh. Liu, P.-Ch. Zhai [et al.]. - DOI 10.1016/j.matlet.2007.04.118 // Materials Letters. - 2008. - Vol. 62, Issue 3. - Pp. 443-446.
  • Thermal Conductivity of Spark Plasma Sintering Consolidated SiCp/Al Composites Containing Pores: Numerical Study and Experimental Validation / K. Chu, C. Jia, W. Tian [et al.]. - DOI 10.1016/j. compositesa.2009.10.001 // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2010. - Vol. 41, Issue 1. - Pp. 161-167.
  • Processing of Al/SiC Composites in Continuous Solid-Liquid Co-Existent State by SPS and Their Thermal Properties / K. Mizuuchi, K. Inoue, Y. Agari [et al.]. - DOI 10.1016/j.compositesb.2012.02.004 // Composites Part B: Engineering. - 2012. - Vol. 43, Issue 4. - Pp. 2012-2019.
  • Preparation and Mechanical Properties of SiC-Reinforced Al6061 Composite by Mechanical Alloying / N. Parvin, R. Assadifard, P. Safarzadeh [et al.]. - DOI 10.1016/j.msea.2008.05.004 // Materials Science and Engineering A. - 2008. - Vol. 492, Issue 1-2. - Pp. 134-140.
  • Properties of Submicron AlN Particulate Reinforced Aluminum Matrix Composite / J. Wang, D. Yi, X. Su [et al.]. - DOI 10.1016/j.matdes.2008.04.039 // Materials and Design. - 2009. - Vol. 30, Issue 1. - Pp. 78-81.
  • Preparation of Metal Matrix Aluminum Alloys Composites Reinforced by Silicon Nitride and Aluminum Nitride through Powder Metallurgy Techniques / E. R. Araujo, M. S. Souza, F. A. Filho Electrotechnologies and electrical equipment in agriculture [et al.]. - DOI 10.4028/www.scientific.net/MSF.727-728.259. - Текст : электронный // Materials Science Forum. - 2012. - Vol. 727-728.
  • Effects of SiC Particle Size on CTEs of SiCp/Al Composites by Pulsed Electric Current Sintering / M. J. Yang, D. M. Zhang, X. F. Gu, L. M. Zhang. - DOI 10.1016/j.matchemphys.2005.10.019 // Materials Chemistry and Physics. - 2006. - Vol. 99, Issue 1. - Pp. 170-173.
  • Saberi, Y. On the Role of Nano-Size SiC on Lattice Strain and Grain Size ofAl/SiC Nanocomposite / Y. Saberi, S. M. Zebarjad, G. H. Akbari. - DOI 10.1016/j.jallcom.2009.05.009 // Journal of Alloys and Compounds. - 2009. - Vol. 484, Issue 1-2. - Pp. 637-640.
  • Tang, F. Solid State Sintering and Consolidation of Al Powders and Al Matrix Composites / F. Tang, I. Anderson, S. Biner. - DOI 10.1016/S1471-5317(03)00004-X // Journal of Light Metals. -2002. - Vol. 2, Issue 4. - Pp. 201-214.
  • The Dynamic Properties of SiCp/Al Composites Fabricated by Spark Plasma Sintering with Powders Prepared by Mechanical Alloying Process / J. Zhang, H. Shi, M. Cai [et al.]. - DOI 10.1016/j.msea.2009.08.067 // Materials Science and Engineering: A. - 2009. - Vol. 527, Issue 1-2. -Pp. 218-224.
  • Microstructural and Mechanical Study of an Al Matrix Composite Reinforced by Al-Cu-Fe Icosahedral Particles / G. Laplanche, A. Joulain, J. Bonneville [et al.]. - DOI 10.1557/jmr.2010.0118 // Journal of Materials Research. - 2010. - Vol. 25, Issue 5. - Pp. 957-965.
  • Application of SHS Processes for in Situ Preparation of Alumomatrix Composite Materials Discretely Reinforced by Nanodimensional Titanium Carbide Particles (Review) / A. P. Amosov, A. R. Luts, E. I. Latuhin, A. A. Ermoshkin. - DOI 10.3103/S1067821216020024 // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. - 2016. - Vol. 57. - Pp. 106-112.
  • Панфилов, Л. А. Проблемы и перспективы развития производства и применения алю-моматричных композиционных сплавов / Л. А. Панфилов, Е. С. Прусов, В. А. Кечин // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. - 2013. - № 2 (99). - С. 210-217. - URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=20173605 (дата обращения: 15.05.2021). - Рез. англ.
  • Influence of SiC and Al2O3 Particulate Reinforcements and Heat Treatments on Mechanical Properties and Damage Evolution of Al-2618 Metal Matrix Composites / M. Tan, Q. Xin, Z. Li [et al.]. - DOI 10.1023/A:1017591117670 // Journal of Materials Science. - 2001. - Vol. 36, Issue 8. -Pp. 2045-2053.
  • Gupta, N. The Solidification Processing of Metal-Matrix Composites: The Rohatgi Symposium / N. Gupta, K. G. Satyanarayana. - DOI 10.1007/s11837-006-0236-0 // JOM. - 2006. - Vol. 58, Issue 11. -Pp. 92-94.
  • Song, M. Effects of Volume Fraction of SiC Particles on Mechanical Properties of SiC/Al Composites / M. Song. - DOI 10.1016/S1003-6326(09)60040-6 // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. - 2009. - Vol. 19, Issue 6. - Pp. 1400-1404.
  • Narayanasamy, R. Effect of Particle Size of SiC in Aluminium Matrix on Workability and Strain Hardening Behaviour of P/M Composite / R. Narayanasamy, T. Ramesh, M. Prabhakar. - DOI 10.1016/j. msea.2008.11.037 // Materials Science and Engineering: A. - 2009. - Vol. 504, Issue 1-2. - Pp. 13-23.
  • Wannasin, J. Fabrication of Metal Matrix Composites by a High-Pressure Centrifugal Infiltration Process / J. Wannasin, M. C. Flemings // Journal of Materials Processing Technology. -2005. - Vol. 169, Issue 2. - Pp. 143-149. - URL: https://www.scirp.org/reference/ReferencesPapers. aspx?ReferenceID=483666 (дата обращения: 15.05.2021).
  • Bauria, R. Processing and Properties of Al-Li-SiCp Composites / R. Bauria, M. K. Surappa. -DOI 10.1016/j.stam.2007.07.004 // Science and Technology of Advanced Materials. - 2007. - Vol. 8, Issue 6. - Pp. 494-502.
  • Трибологические характеристики и коррозионная стойкость покрытий, полученных методами электроискрового легирования, импульсного катодно-дугового испарения и гибридной технологии с использованием электродов TiCNiCr И TiCNiCr-Dy2O3 / А. Д. Сытченко, А. Н. Шевейко, Е. А. Левашов, Ф. В. Кирюханцев-Корнеев. - DOI 10.17073/0021-3438-2020-2-73-79 // Известия вузов. Цветная металлургия. - 2020. - № 2. - С. 73-79. - Рез. англ.
  • Эрозионная и абразивная стойкость, механические свойства и структура покрытий TiN, Ti-Cr-Al-N и Cr-Al-Ti-N, полученных методом CFUBMS / Ф. В. Кирюханцев-Корнеев, Дж. Фири, B. И. Гладков [и др.]. - DOI 10.1134/S0044185619050127 // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2019. - Т. 55, № 5. - С. 546-556.
  • Kiryukhantsev-Korneev, Ph. V. Comparative Study of Coatings Formed by Electrospark Alloying Using TiC-NiCr and TiC-NiCr- Eu2O3 Electrodes / Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, A. D. Sytchenko, E. A. Levashov. - DOI 10.3103/S1067821219060099 // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. - 2019. -Vol. 60, Issue 6. - Pp. 662-672.
  • Гибридная технология осаждения твердых износостойких покрытий, сочетающая процессы электроискрового легирования, катодно-дугового испарения и магнетронного напыления / А. Н. Шевейко, К. А. Купцов, Ф. В. Кирюханцев-Корнеев [и др.]. - DOI 10.17073/1997-308X-2018-4-92-103 // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2018. - № 4. - C. 92-103. - Рез. англ.
  • Review of Metal Matrix Composites with High Thermal Conductivity for Thermal Management Applications / X. Qu, L. Zhang, M. Wu, S. Ren. - DOI 10.1016/S1002-0071(12)60029-X // Progress in Natural Science: Materials International. - 2011. - Vol. 21, Issue 3. - Pp. 189-197.
  • The Fabrication Process and Mechanical Properties of SiCp/Al-Si Metal Matrix Composites for Automobile Air-Conditioner Compressor Pistons / H. S. Lee, J. S. Yeo, S. H. Hong, D. J. Yoon. - DOI 10.1016/S0924-0136(01)00680-X // Journal of Materials Processing Technology. - 2001. - Vol. 113, Issue 1-3. - Pp. 202-208.
  • Hunt Jr., W. H. Aluminum Metal Matrix Composites Today / W. H. Hunt Jr. - DOI 10.4028/ www.scientific.net/MSF.331-337.71 // Materials Science Forum. - 2000. - Vol. 331-337. - Pp. 71-84.
  • Suganuma, K. Whisker/Matrix Interface Microstructure in 6061 Aluminum Composite Reinforced with a-Silicon Nitride Whisker / K. Suganuma. - DOI 10.1163/156855494X00030 // Composite Interfaces. - 1994. - Vol. 2. - Pp. 15-27.
  • Processing and Surface Properties of Al-AlN Composites Produced from Nanostructured Milled Powders / H. Abdoli, E. Saebnouri, S. K. Sadrnezhaad [et al.]. - DOI 10.1016/j.jallcom.2009.10.121 // Journal of Alloys and Compounds. - 2010. - Vol. 490, Issue 1-2. - Pp. 624-630.
  • Thermal Conductivity Behavior of SPS ConsolidatedAlN/Al Composites for Thermal Management Applications / B. Dun, X. Jia, C. Jia [et al.]. - DOI 10.1007/s12598-011-0222-8 // Rare Metals. - 2011. -Vol. 30, Issue 2. - Pp. 189-194.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp