Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980350810.12737/5699Технические наукиTechnical sciencesТехнические наукиStudy on mechanical properties of the coating applied by electrospark alloyingИсследование механических свойств покрытия наносимого методом электроискрового легированияИваночкинПавел ГригорьевичIvanochkinPavel Григорьевичivanochkin_p_g@mail.ruБлажеевВиктор ВасильевичBlazheevViktor Васильевичvicbla@mail.ruЛичковахаАндрей СергеевичLichkovakhaAndrey СергеевичLichkovaha@inbox.ru3009201430092014143111117https://zh-szf.ru/en/nauka/article/3508/view
Описана методика выбора материала электрода, который используется при нанесении электроискровым методом покрытия на поверхностный слой металла. В основе данного подхода — исследование механических свойств покрытия методом наноиндентирования. Построено распределение микротвёрдости покрытия по глубине для ряда исследованных материалов. В качестве второй характеристики материала при индентировании использован индекс пластичности, отражающий структурное состояние материала. Величина H/E также используется для характеристики способности материалов к износу при трении. Для оценки сопротивления материалов пластической деформации была использована качественная сравнительная характеристика — соотношение H3/E2. На основе анализа полученных результатов сделан обоснованный выбор материала электрода, создающий покрытия с достаточно высокими механическими свойствами. Актуальность исследования обоснована преимуществами электроискрового легирования (ЭИЛ), которое является эффективным методом воздействия на поверхностные слои различных деталей.
A technique for selecting an electrode material used when applying the electrospark method onto a metal surface layer is described. The technique is based on the study of the mechanical properties of the coating by nanoindentation. The coverage microhardness distribution in depth for a number of the investigated materials is developed. As a second characteristic of the material, the plasticity index reflecting the structural state of the material is used during the indentation. Value H/E is also used to describe the capability of materials to frictional wear. A qualitative comparative characteristic — ratio H3/E2 was used to assess the resistance of materials to plastic deformation. Based on the analysis of the obtained results, a reasonable choice of the electrode material which creates coatings with sufficiently high mechanical properties is made. The relevance of the study is proved by the advantages of the electrospark alloying (ESA) which is an effective method of impact on the surface layers of the various parts.
Введение. Прогресс в машиностроении, на транспорте и в других областях тесно связан с проблемой повышения износостойкости узлов трения. В решении данной проблемы важную роль играют материалы с покрытиями. Трибологические характеристики узла определяются напряжённо-деформированным состоянием в области контакта, а также в тонких приповерхностных слоях. Нанесение покрытий и модифицирование поверхностного слоя — наиболее рациональный путь, позволяющий направленно изменять напряжённо-деформированное состояние в приповерхностном слое, деформационно-силовые параметры контактных областей и природу контактного взаимодействия тел [1]. Сегодня это общепризнанный факт. Одним из перспективных методов целенаправленного воздействия на качество поверхностного слоя является способ электроискрового легирования (ЭИЛ). Привлекательность этого метода обусловлена его универсальностью [2–4], т. е. возможностью обрабатывать материалы практически любой формы с любыми физико-механическими свойствами. Необходимо лишь, чтобы они обладали электрической проводимостью. Тепловые процессы локализуются в тонком поверхностном слое. За счёт этого появляется возможность исключить нежелательные структурные превращения в основном металле, что позволяет уже десятки лет успешно использовать данный метод для получения на металлических поверхностях покрытий различного функционального назначения. При электроискровом легировании происходит перенос материала, используемого в качестве анода, на поверхность обрабатываемой детали, которая в электрической схеме метода является катодом. Использование ЭИЛ способствует повышению надёжности и долговечности узлов трения.
Колесников, В. И. Двухслойные композиции триботехнического назначения для тяжело-нагруженных узлов трения / В. И. Колесников, П. Г. Иваночкин. - Ростов-на-Дону : Рост. гос. ун-т путей сообщ., 2009. - 124 с.Kolesnikov, V. I., Ivanochkin, P. G. Dvukhsloinye kompozitcii tribotekhnicheskogo naznacheniia dlia tiazhelonagruzhennykh uzlov treniia. [Double-layer compositions of tribotechnical purpose for heavy-loaded friction units.] Rostov-on-Don : RGUPS, 2009, 124 p. (in Russian).Исследование влияния процесса электроискрового легирования на упрочнение поверх-ностного слоя стали 45 / В. В. Блажеев [и др.] // Тр. Всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2012». - Ростов-на-Дону : Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2012. - Ч. 2. - С. 310-311.Blazheyev, V. V., et al. Issledovanie vliianiia protcessa elektroiskrovogo legirovaniia na up-rochnenie poverkhnostnogo sloia stali 45. Trudy vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentcii «Transport-2012». [Study on the influence of the electric spark deposition process on the hardening of the surface layer of steel 45. Proc. All-Russian Sci.-Pract. Conf. ‘Transport 2012’] Rostov-on-Don, RSTU, 2012, pp. 310-311 (in Russian).Иваночкин, П. Г. Исследование механических свойств нанопокрытий, нанесённых элек-троискровым легированием / П. Г. Иваночкин, А. В. Гольцев // Труды всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2010». - Ростов-на-Дону : Рост. гос. ун-т путей сообщ., 2009. - Ч. 3. - С. 247-248.Ivanochkin, P. G., Goltsev, A. V. Issledovanie mekhanicheskikh svoistv nanopokrytii, nanesennykh elektroiskrovym legirovaniem. Trudy vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentcii «Transport-2010». [The study of the mechanical properties of nano-coatings applied by the electric spark deposition method. Proc. All-Russian Sci.-Pract. Conf. ‘Transport 2010’] Rostov-on-Don, RSTU, 2009, pp. 247-248 (in Russian).Коротаев, Д. Н. Технологические возможности формирования износостойких наноструктур электроискровым легированием / Д. Н. Коротаев. - Омск : Сиб. гос. автомобил.-дорож. акад., 2009. - С. 256.Korotayev, D. N. Tekhnologicheskie vozmozhnosti formirovaniia iznosostoikikh nanostruktur elektroiskrovym legirovaniem. [Technological possibilities of forming wear-resistant nanostructures using the electric spark deposition method.] Omsk : SibADI, 2009, 256 p. (in Russian).Fisher-Creeps, A. Nanoindentation / A. Fisher-Creeps. - New York : Springer, 2002. - 215 p.Fisher-Creeps, A. Nanoindentation. Springer, New York, 2002, 215 p.Идентификация структурного состояния материалов методом автоматического инденти-рования / В. Ф. Горбань [и др.] // Сб. докл. Харьк. нанотехнол. ассамблеи. - Харьков, 2006. - Т. 1. - С. 52-55.Gorban, V. F, et al. Identifikatciia strukturnogo sostoianiia materialov metodom avtomatich-eskogo indentirovaniia. Sbornik dokladov Kharkovskoi nanotekhnologicheskoi assamblei. [Identification of the structural condition of the material by automatic indentation. Proc. Kharkov Nanotechnology Congress.] Kharkov, 2006, vol. 1, pp. 52-55 (in Russian).Азаренков, Н. А. Структура и свойства защитных покрытий и модифицированных слоёв материалов / Н. А. Азаренков, В. М. Береснев, А. Д. Погребняк. - Харьков : Изд-во Харьк. нац. ун та, 2007. - С. 560.Azarenkov, N. A., Beresnev, V. M., Pogrebnyak, A. D. Struktura i svoistva zashchitnykh pokrytii i modifitcirovannykh sloev materialov. [The structure and properties of coatings and modified layers of materials.] Kharkov : Publ. House of Kharkiv National University, 2007, 560 p. (in Russian).Leyland, A. On the significance of the H/E ratio in wear control: A nanocomposite approach to optimised tribological behaviour / A. Leyland, A. Matthews // Wear. - 2000. - Vol. 246, iss. 1-2. - Pp. 1-11.Leyland, A., Matthews, A. On the significance of the H/E ratio in wear control: A nanocomposite approach to optimised tribological behavior. Wear, 2000, vol. 246, iss. 1-2, pp. 1-11.Mayrhofer, P. H. Structure-property relationships in single- and dual-phase nanocrystalline hard coatings / P.-H. Mayrhofer, C. Mitterer, J. Musil // Surface and Coating Technology. - 2003. - Vol. 174-175. - Pp. 725-731.Mayrhofer, P. H., Mitterer, C., Musil, C. J. Structure-property relationships in single- and dual-phase nanocrystalline hard coatings. Surface and Coating Technology, 2003, vol. 174-175, pp. 725-731.Левашов, Е. А. Структура и свойства твёрдых и сверхтвёрдых нанокомпозитных покрытий / Е. А. Левашов, Д. В. Штанский // Успехи химии. - 2007. - Т. 76, № 5. - С. 501-509.Levashov, E. A. Struktura i svoistva tverdykh i sverkhtverdykh nanokompozitnykh pokrytii. [Structure and properties of hard and superhard nano-composite coatings.] Achievements of Chemistry, 2007, vol. 76, iss. 5, pp. 501-509 (in Russian).