50242

ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Лабораторная работа

Физика

Этот способ имеет следующие специфические свойства: материал анода легирующий материал может образовывать на поверхности катода легируемая поверхность прочно сцепленный с ней слой покрытия. В этом случае между материалом основы и покрытием существует промежуточный слой в котором протекают диффузионные процессы элементов катода и анода; процесс легирования может происходить так что материал анода не образует покрытия на поверхности катода а диффузно обогащает ее своими составляющими элементами; легирование можно проводить...

Русский

2014-01-18

411 KB

46 чел.

PAGE  3

Лабораторная работа №3

ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ.

Цель работы: изучить процесс электроискрового легирования, устройство соответствующего прибора и работу с ним, исследовать свойства и размерные характеристики поверхностного легированного слоя.

Теоретические  сведения

Электроискровое легирование - процесс переноса материала на обрабатываемую поверхность искровым электрическим разрядом. (Авторское свидетельство: Б. Р. Лазаренко. Способ нанесения металлических покрытий. N89933 от 27 мая 1943 г.).

Этот способ имеет следующие специфические свойства:

- материал анода (легирующий материал) может образовывать на поверхности катода (легируемая поверхность) прочно сцепленный  с ней слой покрытия. В этом случае между материалом основы и покрытием существует промежуточный слой, в котором протекают диффузионные процессы элементов катода и анода;

-процесс легирования может происходить так, что материал анода не образует покрытия на поверхности катода, а диффузно обогащает ее своими составляющими элементами;

-легирование можно проводить локально, только в определенных местах, не защищая при этом остальных поверхностей детали;

-технология электроискрового легирования очень проста, необходимое оборудование малогабаритно, несложное в эксплуатации, легко транспортируемо.

Физическая сущность процесса заключается в следующем. Если в электрической цепи (рис. 1) промежуток, разделяющий электроды, будет пробит, т. е. вещество, разделяющее электроды, под действием электрического поля уже не будет диэлектриком, между электродами возникнет импульсный электрический разряд. Как следствие этого явления возникнет электрическая эрозия действующих электродов, J т.е. в местах появления электрического разряда с поверхности будет выброшена в окружающее пространство соответствующая порция материала электрода. В зависимости от параметров электрической цепи количественное соотношение массы металла выброшенного из анода и катода может изменяться. В процессе практического использования этого явления создают условия, чтобы эрозия металлу происходила преимущественно из анода.

При каждом единичном разряде анод покидает очень маленькая частица материала, которая может быть отходом (если обработка производится в жидкости) или может осаждаться на поверхности катода. Последнее явление используется при электрическом легировании материалов.

- При возникновении между электродами электрического импульса на поверхности катода образуется лунка с краями, которые приподняты относительно остальной поверхности металла. Это происходит в результате деформирования расплава в месте действия разряда и влияния электродинамических сил. Размеры лунки и количество перенесенного металла зависят от электроэрозионной стойкости материала электродов, времени воздействия и энергии единичного импульса. Материал анода размешается на полусферической поверхности лунки.

Если процесс продолжать, то после каждого последующего  импульса лунка будет углубляться. Покинуть лунку легирующему материалу, т. е. материалу анода будет все труднее, и он будет сначала перегреваться, а потом окисляться (при взаимодействии с воздухом). В результате образуется лунка увеличенных размеров, поверхность которой будет иметь в своем составе много окислов.

При перемещении анода вдоль обрабатываемой поверхности в газовой атмосфере при многократном действии импульсов электрического разряда будет формироваться покрытие, увеличиваться толщина и масса обрабатываемого образца. Если скорость перемещения будет такой, что в момент следующего импульса заостренный электрод успеет переехать на диаметр лунки, то поверхность б катода после одного прохода будет иметь профиль «строчки», образованной гребешками соседних краев отдельных лунок. Неровность зубчатого профиля значительно уменьшится, если скорость перемещения электродов будет такой, чтобы за время между двумя импульсами разряда (0,01с) электрод переместился не больше как на 1/4 диаметра лунки.

Сущность процесса не изменится и тогда, когда материал анода не образует покрытия, например, когда анодом будет графит. В этом случае диффузия материалов достаточно большая, кроме этого происходит значительное изменение Физико-химических свойств поверхности. Самое активное участие в этом процессе берут частицы переносимые с анода; собственно легирование поверхности в основном и определяется поведением этих частиц.

Материал в парообразном и жидкокапельном состояниях, выброшенный из анода в виде расширяющегося пучка, попадает в межэлектродное пространство, разогретое прошедшим электрическим импульсом до температуры, при которой возможно существование вещества в ионизированном состоянии. Эти частицы ударяются о поверхность катода, также локально разогретую электрическим импульсом, вступают с ней во взаимодействие, образуя сплавы, твердые растворы или просто механическую смесь. Эти металлургические процессы протекают в отрезки времени определяемые долями секунды, поэтому не происходит разогревания всей массы катода или, тем более, отжига ее поверхности. Более того, несмотря на кратковременность действия импульсов и общую невысокую температуру легируемого материала, в поверхностных слоях катода развиваются диффузионные процессы. Диффузионный слой возникает в результате сверхскоростного нагрева и охлаждения действующих материалов, высокого давления, развиваемого каналом разряда в точке его возникновения и многократных униполярного и импульсного действий электрического поля высокой напряженности.

При постоянной частоте следования импульсов удельная продолжительность легирования прямопропорциональна количеству  импульсов, приходящихся на эту площадь. В течение времени легирования анод равномерно "подает" одинаковые порции материала, а катод через не которое время оказывается не в состоянии их принимать (рис.2). В первые минуты на катоде откладывается наибольшее количество материала (отрезок а б), затем количество материала, оседающего на катоде, сильно уменьшается (отрезок б в), сравнивается с количеством материала, выбрасываемого из катода (6 - точка max на кривой) и начинается обратный процесс -  удаление только что нанесенного слоя (отрезок в г), т. е. материала на катоде осаждается меньше, чем выбрасывается. Процесс может протекать так, что после снятия всего нанесенного слоя начнет удаляться и основной материал.

Удельная продолжительность легирования, при которой наступает max покрытия, зависит энергии, химического состава материалов электродов, состава окружающей среды и ее давления (max наступает при большей энергии в импульсе). Наличие max в кривой, т.е. невозможность получения толстых слоев - определенное ограничение электроискрового легирования. Причинами появления max являются:

-изменение химического состава материалов в результате окисления; при обработке в инертной среде max смешается вправо;

-глубокие изменения в поверхностных слоях легируемого металла; дефекты кристаллической решетки, препятствующие диффузии.

Оборудование для электроискрового легирования

В установке для электроискрового легирования металлических поверхностей применена схема (рис. 3) с емкостным накопителем энергии и электромеханическое устройство, замыкающее разрядный контур.

Для электроискрового легирования большое значение имеет характер сближения и перемещения анода относительно катода. Наиболее универсальным приспособлением для крепления анода является электромагнитный вибратор, который представляет собой электромагнит, состоящий из магнитопровода, собранного из двух пакетов Г-образных пластин, скрепленных двумя Ш-образными пластинами. На среднюю часть этих пластин надета катушка, питаемая постоянным или переменным током. Замыкается электромагнит якорем, на конце которого в электрододержателе укреплен легирующий электрод, включенный в разрядную цепь анодом. Для регулирования силы притяжения якоря (отталкиваемого от магнита пружиной) в окно в средней части магнитопровода вставлен сердечник, перемещаемый специальным винтом. Имеются вибраторы, работа которых регулируется изменением силы тока в катушке.

Установка "Элитрон-21" имеет трехступенчатый емкостной накопитель (10,20,30 мкФ), рис.4 "Емкость"; устройство для плавной регулировки рабочего напряжения в диапазоне 10 - 100 В " Напряжение"; электромагнитный вибратор  обеспечивающий работу при частоте 2000-20000 Гц. "Частота".

Порядок выполнения работы.

1. Изучить теоретические сведения по электроискровому легированию.   2.Ознакомиться с устройством установки "Элитрон-21".

3. Выполнить электроискровое легирование на нескольких режимах.

4. Выполнить замеры толщины нанесенного покрытия при различных режимах, построить зависимости.

5. Изготовить из обработанного образца микрошлиф.

6. Выполнить замеры микротвердости на различной глубине от поверхности образца и построить график распределения микротвердости по глубине.

7. Выполнить замер толщины покрытия, зоны с измененной структурой (ЗТВ), используя микроскоп.

8. Зарисовать микроструктуру поверхностного слоя, наблюдаемую под микроскопом.

9. Оформить отчет.

Методика выполнения работы

1. Установка "Элитрон-21" должна быть отключена от сети; на панели управления переключатели должны быть установлены в положении "Выкл. ", ручки регулировки в крайнем левом положении до упора (Рис. 4а).

2. Исследуемый образец установить в зажим и подключить к клемме "-" на задней панели прибора.

3. В держатель вибратора вставить легирующий электрод и зажать винтом.

4. Подключить установку к сети (220 В).

5. Перевести тумблер "Сеть" в пол. "Вкл.".

6. Ручкой «Емкость» установить последовательно:

  •  пол. 1 - С-10мкФ;
  •  пол. 2 - С-20мкФ;
  •  пол. 3 – С- 30мкФ в соответствие с таблицей.

          7. Ручкой "Напряжение" установить напряжение в соответствие с таблицей протокола.

          8. Перевести тумблер в пол. "Частота" и установить требуемую частоту по протоколу.

              9. Включить вибратор, тумблер "Вибратор" в пол. "Вкл.".

                   ВНИМАНИЕ!

                        При max "U" должна быть mm "F" при max частоте "F" должно быть min "U".

10.Засечь время начала и конца легирования образца на данном режиме.

11. Вибратор с электродом подвести к исходной точке образца, равномерно перемешать по поверхности смещаясь после каждого прохода на шаг обработки в направлении перпендикулярном рабочему перемещению. Для нанесения покрытия толщиной 20-30 мкм на площадь 1 кв. см потребуется 4-5 мин.

12. Изменить режим работы: С, и F и повторить п.10,11.

13. Измерить толщиномером (микрометром) толщину базового образца и образцов с нанесенным покрытием, данные занести в таблицу протокола.

14. Разрезать образец с покрытием на две части и из одной из них приготовить микрошлиф.

15. На приборе ПМТ-3 выполнить замеры микротвердости на глубине до 100 мкм, измерить толщину покрытия и ЗТВ, построить зависимости HV=f(h), h=f(U,F), h(3TB)=f(U, F).

16. Зарисовать, наблюдаемую в микроскопе микроструктуру поверхностного слоя.

17. Сделать выводы по работе.

18. Оформить отчет.

Лабораторна робота №3

Електроіскрове легування

Завдання

  1.  Вивчити процес електроіскрового легування.
  2.  Вивчити пристрій й порядок роботи з приладом
  3.  Вивчити методику виконання роботи
  4.  Виконати електроіскрове легування та вивчити його характеристики
  5.  Вивчити характеристики нанесених покриттів

Процес електроіскрового легування.

--------------------------------------------------------------------------------

(короткі відомості по суті процесу)

Вплив режимів легування на характеристики покриття

--------------------------------------------------------------------------------

Таблиця 1.

Матеріал

F1=4000 Гц

F1=4000 Гц

F1=4000 Гц

основи

легуючого

покриття пластин, h

при напрузі

при напрузі

при напрузі

50

75

100

50

75

100

50

75

100

Сталь У8

ВК8

до обробки

після обробки

Т15К6

до обробки

після обробки

Сталь Р6М5

ВК8

до обробки

після обробки

Т15К6

до обробки

після обробки

Ємність – const, C=30 мкФ

Час обробки – const, t=5хв

Вплив напруги та частоти імпульсів на толщину покриття

                                                                                 

h, хв

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

0

40

50

60

70

80

90

U, B

Вплив режимів обробки на розмірні характеристики

та мікротвердість зміцненого шару

hпокр, hзгв, мкм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

40

50

60

70

80

90

U, B

                 

           

H м, Мпа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14000

 

 

 

 

 

 

 

 

10000

 

 

 

 

 

 

 

 

6000

 

 

 

 

 

 

 

 

2000

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

20

40

60

80

100

h, мкм

Мікроструктура поверхневого шару

(замалювати)

Висновки по роботі:


Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

а)

б)

Рис. 4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81121. Океаны земли 41.5 KB
  Продолжить формировать представление о поверхности земли ее изображении на глобусе и карте; ознакомить с понятием океан названиями океанов; совершенствовать умения работать с картой учебником; развивать умения объяснять сравнивать анализировать понятия ситуации...
81122. «Півник і двоє мишенят» (Українська народна казка) 51 KB
  Мета: учити учнів глибоко відчувати казку, її добрих героїв, засуджувати хитрість, ледарство, боротися з ними у повсякденному житті; розвивати вміння читати за особами, переказувати; виховувати бажання допомагати іншим, рости працелюбними. Обладнання: ілюстрації до казки, мультфільм «Колосок».
81123. У царстві рослин 44.5 KB
  Мета: ознайомити учнів із розмаїттям рослин; формувати поняття дерева кущі трав’янисті рослини; вчити визначати плоди дерев; розвивати у дітей активне спостереження; виховувати любов до природи бажання охороняти і примножувати її красу.
81124. Погода в рідному краї в різні пори року. Предбачення погоди за народними прикметами 51.5 KB
  Мета: продовжувати формувати поняття Твій рідний край; сформувати поняття про погоду в рідному краї; ознайомити учнів із процесом утворення вітру; збагатити уявлення дітей про опади; наголосити на значенні прогнозу погоди для людини; розвивати пізнавальний інтерес, спостережливість...
81125. Лялька мотанка «Дзвіночок» 39 KB
  Обладнання: Шматки тканини круглої форми і різного розміру (одна менше другої), резинки для скручування, газета,шматок тканини білого кольору прямокутної форми, шматок тканини трикутної форми різного кольору. Ляльки для демонстрації: обрядові – 3 штуки, інші – 4 штуки.
81126. Шов «вперед голку», його призначення, прийоми виконання. Оброблення швом серветки 43 KB
  Мета: навчити виконувати шов вперед голку та оздоблювати ним виріб з тканини розвивати увагу мислення виховувати естетичні смаки культуру праці любов до матері націлювати шанобливе ставлення до професії вишивальниці та швачки. Чи хочете ви так навчитись шити і вишивати?
81127. Українська хата. Обереги 73 KB
  Мета: навчити розрізняти давню українську хату від будинків сьогодення; розширити і поглибити знання дітей про особливості українського інтер’єру значення оберегів; розвивати мовленнєві уміння збагачувати словниковий запас засвоїти назви предметів українського побуту...
81128. Безопасное поведение дома. Пользование бытовой техникой. Причины возникновения пожаров, аварий. Осторожное отношение к лекарствам 61 KB
  Цель: обобщить и систематизировать знания детей о поведении в чрезвычайных ситуациях; научить учащихся действовать в экстремальных ситуациях; работать с памятками безопасного обращения с огнем, электроприборами, лекарствами, газом, поведения в ситуации «Один дома»...
81129. Человеческие добродетели. Добро начинается с тебя 43 KB
  Цель: продолжить знакомить учащихся с человеческими добродетелями; учить характеризовать действия и явления как проявление добра и зла; раскрыть моральное содержание доброты; воспитывать чувство доброты сопереживания щедрости.