Шихта для изготовления электрода для электроискрового легирования

Изобретение относится к области порошковой металлургии и упрочнению конструкционных материалов, работающих в условиях интенсивных механических нагрузок (абразивное изнашивание в условиях трения скольжения). Предлагается шихта для изготовления электрода для электроискрового легирования, которая содержит в качестве карбида тугоплавкого элемента карбид бора, в качестве связующего на основе никеля - никелид титана и дополнительно - диборид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: никелид титана - 20,0÷40,0, карбид бора - 8,0÷20,0, диборид титана - остальное. Техническим результатом является то, что электрод, изготовленный из шихты предлагаемого состава, при его использовании для электроискрового легирования позволяет получить покрытие, которое характеризуется высокими рабочими характеристиками, в частности высокой микротвердостью. 1 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и упрочнению конструкционных материалов, работающих в условиях интенсивных механических нагрузок (абразивное изнашивание в условиях трения скольжения).

Известен электродный стержень для искрового легирования, представляющий собой прессовку из первого порошка первого компонента, содержащего кремний, а также металл, выбранный из группы, включающей Fe, CO, Ni; и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей Ti, Zr, Hf, Cr, Та, Nb, Mo, W; и второго порошка второго компонента, содержащего по меньшей мере один элемент из группы, включающей С, В и Si (заявка РФ №2000111518, С 23 С 26/00, 2002 год).

Недостатками известного электродного материала для стержня являются: во-первых, многокомпонентность, которая препятствует получению однородного состава; во-вторых, использование самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, что делает невозможным получение строго заданного состава из-за высоких температур и выделения газов, которое, кроме того, не дает возможности получения нулевой пористости.

Известна шихта электродного материала для электроискрового легирования, включающая карбид вольфрама, кобальт и 25-50 мас.% композиционного порошка дисперсностью ≅30 мкм, содержащего, мас.%: никель - 73; хром - 16; бор - 3,5; кремний - 4,0; железо - 3,5 (патент РФ №2129619, С 22 С 29/08, 1999 год).

Недостатками известного состава шихты являются: во-первых, сложность его получения, обусловленная многостадийностью, использованием многокомпонентной связки и ограничениями по дисперсности порошка; во-вторых, низкая микротвердость получаемого при электроискровом легировании покрытия, которая составляет 13,43-17,98 ГПА.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав шихты для изготовления электрода для электроискрового легирования, способ получения которой не отличался бы сложностью, а покрытие, полученное электроискровым легированием, характеризовалось высокой микротвердостью.

Поставленная задача решена путем использования шихты для изготовления электрода для электроискрового легирования, содержащей карбид тугоплавкого элемента и связующее на основе никеля, которая содержит в качестве карбида тугоплавкого элемента карбид бора, в качестве связующего на основе никеля - никелид титана и дополнительно - диборид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

никелид титана	20,0÷40,0
карбид бора	8,0÷20,0
диборид титана	остальное.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен состав шихты для изготовления электрода для электроискрового легирования, содержащей предлагаемые компоненты в заявляемых пределах.

Основные требования к шихте для изготовления электрода для электроискрового легирования обусловлены получением беспористого, плотного и токопроводящего электрода для получения качественного покрытия. Предлагаемый состав шихты позволяет достичь нужного результата при условии соблюдения содержания компонентов в заявляемых пределах. Использование в качестве связующего никелида титана несет дополнительную нагрузку, обеспечивая высокую электропроводность, при этом содержание никелида менее 20 мас.% ведет не только к снижению электропроводности, но и к получению пористого и непрочного электрода вследствие неравномерного распределения компонентов. Содержание никелида более 40 мас.% снижает износоустойчивость получаемого покрытия. С целью получения высокой микротвердости и износоустойчивости покрытия в составе шихты присутствует карбид бора. При содержании карбида бора менее 8 мас.% значительно снижается износоустойчивость покрытия, при его содержании более 20 мас.% наблюдается увеличение пористости и снижается механическая прочность электрода. Авторами в состав шихты введен диборид титана, который является фазой внедрения. Фазы внедрения относятся к соединениям, в которых присутствуют одновременно три типа химической связи: металлическая, ковалентная и ионная, что и обусловливает их уникальные физико-механические свойства, которые обеспечивают получения покрытия, имеющего высокую микротвердость и высокую износоустойчивость.

Предлагаемое техническое решение может быть осуществлено следующим образом. Берут шихту состава, мас.%: никелид титана - 20,0÷40,0; карбид бора - 8,0÷20,0; диборид титана - остальное. Исходные компоненты тщательно перемешивают и помещают в неэлектропроводящую форму, выполненную, например, из кварцевого стекла, алунда. Форму помещают в рабочую камеру машины конденсаторной сварки, где проводят одновременное прессование и спекание шихты при температуре 1100-1400°С, давлении... в течение 0,3-0,5 сек. Получают электрод для электроискрового легирования, который используют для получения покрытия, обладающего высокими рабочими характеристиками:

Таблица 1 Характеристики свойств (см. табл.) стали У-8 без покрытия и с покрытием предлагаемого состава.
объект	износостойкость	микротвердость (по методу Хаварда-Брюнеля)
сталь У-8 (без покрытия)	10 мг/см2 за 5 сек	3,6 ГПА
сталь с предлагаемым покрытием	2,5 мг/см2 за 5 сек	18-26 ГПА
Прототип	-	13,43-17,98 ГПА

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут шихту состава: 20 г никелида титана TiNi (20 мас.%); 8 г карбида бора В₄С (8 мас.%); 72 г диборида титана TiB₂ (72 мас.%). Исходные компоненты тщательно перемешивают и помещают в неэлектропроводящую форму, выполненную из кварцевого стекла. Форму помещают в рабочую камеру машины конденсаторной сварки, где проводят одновременное прессование и спекание шихты при температуре 1100°С, давлении 0,15 ГПА в течение 0,3 сек. Получают электрод для электроискрового легирования, который используют для получения покрытия, обладающего следующими рабочими характеристиками: износостойкость - 2,5 мг/см²; микротвердость - 26,5 ГПА; сплошность - 100%.

Пример 2. Берут шихту состава: 40 г никелида титана TiNi₃ (40 мас.%); 20 г карбида бора В₄С (20 мас.%); 40 г диборида титана TiB₂ (40 мас.%). Исходные компоненты тщательно перемешивают и помещают в неэлектропроводящую форму, выполненную из алунда. Форму помещают в рабочую камеру машины конденсаторной сварки, где проводят одновременное прессование и спекание шихты при температуре 1400°С, давлении 0,12 ГПА в течение 0,5 сек. Получают электрод для электроискрового легирования, который используют для получения покрытия, обладающего следующими рабочими характеристиками: износостойкость - 2,5 мг/см²; микротвердость - 18 ГПА; сплошность - 100%.

Таким образом, электрод, изготовленный из шихты предлагаемого состава, при его использовании для электроискрового легирования позволяет получить покрытие, которое характеризуется высокими рабочими характеристиками.

Шихта для изготовления электрода для электроискрового легирования, содержащая карбид тугоплавкого элемента и связующее на основе никеля, отличающаяся тем, что она содержит в качестве карбида тугоплавкого элемента карбид бора, в качестве связующего на основе никеля - никелид титана и дополнительно диборид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Никелид титана	20,0÷40,0
Карбид бора	8,0÷20,0
Диборид титана	Остальное