способ обработки поверхности изделия из алюминиевого сплава

Формула изобретения

Способ обработки поверхности изделия из алюминиевого сплава, включающий электроискровое легирование графитовым электродом, отличающийся тем, что перед электроискровой обработкой в поверхность изделия из алюминиевого сплава втирают нанопорошок нитрида титана.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к металлургии и может быть использовано для повышения износостойкости поверхности изделий из алюминиевых сплавов.

Известен способ упрочнения поверхности металлического изделия [патент RU № 2067918. Способ упрочнения поверхности металлического изделия / МПК⁶ B22F 3/24, B22F 7/04. Опубл. 20.10.1996], включающий обработку заготовок в течение 5 30 минут в смесителе, заполненном легирующим порошком в количестве 0,1 мг на 1 см² упрочняемой поверхности.

Недостатками этого способа являются:

1) обязательное воздействие мелющих тел на геометрические размеры упрочняемых металлических изделий, что исключает его применение для упрочнения деталей, имеющих пространственную геометрию с предусмотренными технической документацией и чертежами допусками и припусками на конечные размеры деталей;

2) невозможность его применения для упрочнения крупногабаритных деталей, в том числе и по причине возможности их соударения друг с другом, в результате чего будет нарушаться их геометрия;

3) отсутствие гарантии однородности и толщины слоя упрочняющего материала (порошок, гранулы) на упрочняемом изделии.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки алюминиевых сплавов [патент RU № 2185939 / МПК⁷ В23Н 1/00. Опубл. 27.07.2002], включающий обработку поверхности алюминиевых сплавов электроискровым способом графитовым электродом диаметром 4-6 мм со скоростью его перемещения 3-10 мм/с.

Недостатком способа является недостаточно высокая износостойкость поверхности металлоизделий, обрабатываемых графитовым электродом, преимущественно тех, которые работают при повышенных температурах.

Задачей изобретения является повышение износостойкости поверхности металлоизделий с применением технологии электроискрового легирования.

Поставленная задача достигается с помощью способа обработки поверхности изделия из алюминиевого сплава, включающего электроискровое легирование поверхности графитовым электродом, при этом перед электроискровой обработкой в поверхность изделия из алюминиевого сплава вручную с помощью войлочного тампона втирают высокопрочный тугоплавкий нанопорошок нитрида титана TiN.

Пример 1. Технологию отрабатывали на образцах размером 50×50×10,5 мм, вырезанных из листа алюминиевого деформируемого сплава Д1 (3,8-4,8% Сu; 0,4-0,8% Мn; 0,4-0,8% Mg). При этом в поверхность образцов предварительно с помощью войлочного тампона вручную втирали нанопорошок нитрида титана TiN, затем с помощью установки «Эмитрон-14» при использовании графитового электрода диаметром 6 мм (графит марки МПГ-6) производили электроискровую обработку поверхности при круговых перемещениях электрода со скоростью 0,07 0,09 мм/мин, частоте вибрации f=400 Гц и рабочем токе I _p=1 А.

Из обработанных заготовок вырезали цилиндрические образцы диаметром 10 мм и высотой 15 мм. На приборе ПМТ-3 измеряли микротвердость поверхности (по Виккерсу HV). Испытания на износ проводили на машине МТ-2 при возвратно-поступательном перемещении образцов по контртелу из стали Ст3 в течение 3 ч при удельной нагрузке 10 Н/мм². В качестве смазки использовали трансформаторное масло, которое подавалось в зону трения непрерывно в автоматическом режиме.

Износ определяли по потере массы образцов путем их взвешивания на аналитических весах ВЛА-200 до и после испытания. Полученные данные (таблицу) показали, что электроискровая обработка поверхности образцов из сплава Д1 графитовым электродом повышает ее микротвердость в 1,7 раза по сравнению с необработанным сплавом (с 200 до 340 ед. HV), а в результате предварительного втирания в поверхность образцов вручную с помощью войлочного тампона нанопорошка нитрида титана TiN с ее последующей электроискровой обработкой графитовым электродом микротвердость повышается в 2,26 раза (до 453 ед. HV). При этом износ упрочненной поверхности уменьшился соответственно в 1,84 и в 4 раза.

Пример 2. Результаты этого эксперимента были использованы для повышения стойкости кокилей, отливаемых из алюминиевого сплава АК7 (6,0-8,0% Si; 0,2-0,6% Mn; 0,2-0,55% Mg; ост. - Al) и применяемых для литья лодочных трехлопастных винтов из этого же сплава с массой 0,83 кг и диаметром по периферии лопастей 240 мм. Кокиль состоит из двух частей с криволинейным разъемом преимущественно в горизонтальной плоскости. При удалении из него отлитых винтов, имеющих сложную криволинейную поверхность, происходит силовое и истирающее воздействие, как на полость формы, так и на поверхность винтов, что приводит в конечном счете к изменению размеров как полости металлической формы, так и тех мест отливок, которые они оформляют.

При литье лодочных винтов в кокиль, поверхность полости формы которого не обрабатывали по разработанному способу, геометрия полости формы четко воспроизводилась на 225 250 отливках, а в результате предварительного втирания вручную в поверхность полости формы с помощью войлочного тампона нанопорошка нитрида TiN с последующей электроискровой обработкой графитовым электродом воспроизводимость размеров полости формы сохранялась до съема 325 350 отливок (больше в 1,3 1,6 раза).

Вид обработки	Без ЭИЛ и без нанопорошка TiN	ЭИЛ без нанопорошка TiN	Нанопорошок TiN+ЭИЛ
Микротвердость, HV, ед.	200	340	453
Потеря массы, мг	0,92	0,50	0,23