шихта для изготовления электрода для электроискрового легирования

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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/см 2 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 TiB ₂ (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.