Modeling technological parameters for producing combined electrospark deposition coatings

Abstract

The paper represents a formalized methodology for solving the problem of creating fundamentally new materials, such as "base - coating" ones, which have increased surface wear resistance and relatively high strength and viscosity. Electrospark alloying (ESA) method is proposed as a process for depositing protective coatings on metal surfaces. There are considered the issues of improving the quality of the coatings formed by the ESA method. There is specified a feature of processing the surfaces having been treated with the use of the ESA method, which feature being associated with a relatively small thickness of the layers formed (tens of micrometers). Since to reduce the roughness of the surface, the process of grinding is difficult or even unacceptable to perform, it has been suggested to use the method of surface plastic deformation (SPD). One of the effective SPD methods for finishing the parts is a diamond smoothing process, which, in contrast to running-in with a ball or roller, allows processing the parts of very high hardness values. As a reserve to improve the quality of coatings formed by the ESA method, there is considered a process for producing combined electrospark deposition coatings (CEC) with hard wear-resistant and soft anti-friction metals integrated therein. There are represented the results of mass transfer process investigation performed at forming the CEC on the specimens of steel 45 with indium, tin and copper being used as soft antifriction metals, and tungsten and hard alloy of VK8 grade applied as wear-resistant materials. There is represented a mathematical model for calculating the main ESA technological parameters being necessary for forming the CEC and allowing to predict the weight gain (increase in weight) and size gain (increase in size) at the cathode (the part). It allows predicting the CEC main technological parameters for any electrode pair materials (substrate material and electrode materials making up the CEC). У роботі приведена формалізована методика рішення задачі створення принципово нових матеріалів, типу «основа - покриття» Які мають підвищену поверхневої зносостійкість і відносно високу міцність і в'язкість. Запропоновано електроіскрове легування (ЕІЛ), як спосіб нанесення на металеві поверхні захисних покриттів. Розглянуто питання підвищення якості покриттів, сформованих методом ЕІЛ. Зазначена особливість обробки поверхні після попереднього ЕІЛ, пов'язана з відносно невеликою товщиною формованих шарів (десятки мікрометрів). Так як шліфування, з метою зниження шорсткості поверхні ускладнене або взагалі неприйнятно, то запропоновано використовувати поверхнево-пластичне деформування (ППД). Одним з ефективних методів фінішної обробки деталей ППД є алмазне вигладжування, яке, на відміну від обкатки кулькою або роликом, дозволяє обробляти деталі з досить високою твердістю. Як резерв підвищення якості покриттів, сформованих методом ЕІЛ, розглянуто спосіб формування комбінованих електроіскрових покриттів (КЕП), що поєднують в собі тверді зносостійкі і м'які антифрикційні сплави. Представлені результати дослідження масопереносу при формуванні КЕП на зразках зі сталі 45, де в якості м'якого антифрикційного металу використовувався індій, олово і мідь, а в якості зносостійкого вольфрам і твердий сплав ВК8. Наведена математична модель розрахунку основних технологічних параметрів ЕІЛ, необхідних для формування КЕП (дозволяють прогнозувати приріст і приріст катода (деталі)), яка дозволяє прогнозувати основні технологічні параметри КЕП для будь-яких матеріалів пар електродів (матеріалу підкладки і матеріалів електродів, що входять до складу КЕП).