Исследование трибологических характеристик и износостойкости вольфрамсодержащего покрытия, нанесённого методом электроискрового легирования на сталь 50ХГА

Цель – изучение трибологических характеристик, износостойкости и адгезионной прочности вольфрамсодержащего покрытия, полученного методом электроискрового легирования со сплавом ВК6 на стальную подложку из стали 50ХГА, а также установление взаимосвязи между структурно-фазовыми особенностями, микротвердостью и поведением материала в условиях контактного трения. 

Методы. В качестве объектов исследования применяли образец 1 стальную подложку без покрытия из стали 50ХГА и образец 2 стальную подложку из аналогичного материала с вольфрамсодержащим упрочняющим покрытием, нанесённым методом электроискрового легирования электродным материалом на основе твёрдого сплава ВК6. Микроструктуру поверхности и поперечных шлифов исследовали на WIN SEM A8000. Элементный состав определяли методом энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа. Фазовый состав исследовали методом рентгеновской дифракции. Микротвердость определяли на автоматизированной системе AFFRI DM-8. Трибологические испытания проводили на Tribometer GSM Instruments. Адгезионную прочность покрытия оценивали на приборе Revetest. 

Результаты. Выявлено формирование на поверхности стальной подложки многофазной композиционной структуры, включающей фазы γ-Fe, W и α-Fe. Установлено, что нанесение упрочняющего покрытия способствует значительному повышению микротвердости поверхности: для образца с покрытием данный показатель составил 13,25 ГПа, тогда как микротвердость непокрытой подложки составляла 3,01 ГПа. По результатам трибологических испытаний по схеме «шарик диск» установлено снижение фактора износа с 374,8 до 80,76 мм³·Н ⁻ ¹·м ⁻ ¹. Скретч-тестирование показало, что критическая нагрузка разрушения покрытия составила 117,52 Н.

Заключение. Полученные данные позволяют обосновать перспективность практического применения вольфрамсодержащего покрытия, сформированного методом электроискрового легирования электродом ВК6, для повышения износостойкости деталей машиностроения, работающих в условиях трения и интенсивного контактного изнашивания.

1. Эффективность процесса электроискрового легирования (ЭИЛ) при поверхностном упрочнении стали 10 / А.Д. Верхотуров, В.И. Иванов, Ф.Х. Бурумкулов, П.С. Гордиенко, Е.С. Панин, Л.А. Коневцов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 9(93). С. 13-20. EDN PDBCRL.

2. Сравнение механических свойств твердых сплавов ВК6, полученных традиционным методом и искровым плазменным спеканием / Ю.О. Пристинский, Н.Ю. Перетягин, Е.В. Кузнецова, П.Ю. Перетягин // Вестник машиностроения. 2019. № 9. С. 51-54. EDN UFAPSY.

3. Исследование диффузионного соединения твердого сплава ВК6 и стали 45 через порошковые слои Ni/Co / Г.М. Зеер, Е.Г. Зеленкова, А.А. Шубин, Ю.П. Королёва, М.Ю. Кучинский // Металлы. 2024. № 6. С. 57-66. https://doi.org/10.31857/S0869573324065766. EDN TZVMUY.

4. Иванов В.И., Денисов В.А., Игнатьков Д.А. Использование современных ресурсо-сберегающих методов при изготовлении и ремонте деталей на примере электроискрового легирования (ЭИЛ) // Известия Юго-Западного государственного университета. 2019. Т. 23, № 6. С. 8-20. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-6-8-20. EDN IHFFRJ.

5. Беляков А.В. Исследование кинетики формирования износостойких жаростойких ЭИЛ-покрытий из никелевых сплавов вращающимся электродом // Труды ГОСНИТИ. 2011. Т. 108. С. 234-237. EDN SZTUJX.

6. Мулин Ю.И., Алексеенко В.Г., Казанников О.В. Восстановление и упрочнение ведомых дисков дифференциальных механизмов повышенного трения методом ЭИЛ // Автомобильный транспорт Дальнего Востока. 2013. № 1. С. 231-234. EDN RGSANF.

7. Дворник М.И., Власова Н.М. Сравнительный анализ эксплуатационной стойкости субмикронного твердого сплава WC-10Co, спеченного из порошка, полученного электроэрозионным диспергированием в масле // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2023. Т. 17, № 1. С. 75-84. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2023-1-75-84. EDN ALELTB.

8. Исследование твердосплавных порошков, полученных электроэрозионным диспергированием вольфрамсодержащих отходов / Р.А. Латыпов, Г.Р. Латыпова, Е.В. Агеев, П.И. Бурак // Международный научный журнал. 2013. № 5. С. 80-85. EDN RCDZON.

9. Рентгеноструктурный анализ спеченных вольфрамсодержащих изделий, полученных искровым плазменным спеканием электроэрозионных порошков / А.Ю. Алтухов, Е.В. Агеева, О.В. Кругляков, А.С. Осьминина // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. № 1(76). С. 118-124. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2018-22-1-118-124. EDN YXCMQP.

10. Исследование формирования легированного поверхностного слоя при ЭИЛ стали 35 рением / В.И. Иванов, П.С. Гордиенко, Л.А. Коневцов, Е.С. Панин, А.А. Карабцов // Технический сервис машин. 2022. № 4(149). С. 118-126. https://doi.org/10.22314/2618-8287-2022-60-4-118-126. EDN WKBXDX.

11. Рентгеноспектральный микроанализ спеченных вольфрамсодержащих изделий, полученных искровым плазменным спеканием электроэрозионных порошков / А.Ю. Алтухов, Е.В. Агеева, С.С. Гулидин, А.С. Осьминина // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 2(27). С. 41-53. EDN UZGJWW.

12. Бурков А.А., Коневцов Л.А., Крутикова В.О. Влияние длительности разрядов на характеристики покрытий из металлического стекла FeCrWMoCB // Неорганические материалы. 2023. Т. 59, № 7. С. 740-749. https://doi.org/10.31857/S0002337X23070011. EDN PUOGSC.

13. Влияние технологии получения электродного материала из отходов быстрорежущей стали на износостойкость электроискровых покрытий / Е.В. Агеева, Е.В. Агеев, В.Ю. Карпенко, А.Ю. Алтухов // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2015. № 1(43). С. 36-41. EDN TIJQXT.

14. Анодные материалы для ЭИЛ из комплексно-легированных алюмоматричных сплавов, синтезированных из оксидных соединений методом СВС-металлургии / Э.Х. Ри, Х. Ри, Е.Д. Ким, М.А. Ермаков // Цветные металлы. 2021. № 9. С. 60-64. https://doi.org/10.17580/tsm.2021.09.06. EDN GSIANZ.

15. Хорьякова Н. М., Агеев Е.В., Агеева Е.В. Электроэрозионные медные порошки для гальванических покрытий // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 4(112). С. 18-20. EDN QFQFMG.

16. Мишустин Н.М., Иванайский В.В., Ишков А.В. Состав, структура и свойства износостойких покрытий, полученных на сталях 65Г и 50ХГА при скоростном ТВЧ-борировании // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 320, № 2. С. 68-72. EDN OVWGPB.

17. Казанников О.В., Отмахов Д.В. Восстановление штоков гидроцилиндров методом ЭИЛ // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 6. С. 101-107. https://doi.org/10.31992/0321-4443-2020-6-101-107. EDN TMBIQN.

18. Агеев Е.В., Серебровский В.И. Разработка и исследование технологии восстановления и упрочнения изношенных деталей машин композиционными гальваническими покрытиями с применением в качестве упрочняющей фазы вольфрамсодержащих электроэрозионных порошков микро- и нанофракций // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 2. С. 42-66. EDN CFPBWG.

19. Свойства твердого сплава ВК6, полученного из СВС-порошка карбида вольфрама / В.С. Панов, Ж.В. Еремеева, Е.В. Агеев, Е.Л. Нарбаев, Ю.Ю. Капланский // Известия Юго-Западного государственного университета. 2015. № 3(60). С. 32-35. EDN VDOVMD.

20. Лавро В.Н., Тарабан Я.А. Разработка технологии нанесения ионно-плазменных покрытий (TiAl)N на фрезы из твердого сплава ВК6 // Современные материалы, техника и технологии. 2020. № 2(29). С. 30-37. EDN UMGATK.