Использование защитных износостойких покрытий для повышения долговечности литейных пресс-форм

Целью работы являлась разработка технологических и эксплуатационных мероприятий по созданию и внедрению износостойких защитных покрытий для упрочнения поверхностей инструмента и повышения работоспособности. 

Методы. В качестве объектов исследования были выбраны стали, используемые 5ХНМ, 9ХС, ШХ15, применяемые для производства пресс-форм литья под давлением, а также следующие порошковые материалы: ПН85Ю15, ПХМ, карбид вольфрама. Для исследования процесса упрочнения пресс-форм литья под давлением методом диффузионной металлизации и лазерным излучением были подготовлены образцы размером 50×10 мм. При диффузионной металлизации на поверхность образцов плазменной горелкой наносили покрытия вышеуказанными порошками по следующей технологии: обезжиривание поверхности уйат-спиритом; дробеструйная обработка поверхности (для повышения качества сцепления покрытия с основой); плазменное напыление покрытия. После диффузионной металлизации образцы пресс-форм подвергались диффузионному отжигу в атмосфере камерной печи типа ОКБ-лабораторная и в защитной атмосфере водорода. После отжига образцы охлаждали на воздухе. 

Результаты. Установлено, что на степень упрочнения стали в условиях лазерного нагрева большое влияние оказывает содержание в ней углерода и карбидообразующих элементов. Показано, что максимальное упрочнение наблюдается в стали ШХ15, поскольку в ней имеется повышенное содержание углерода. Выявлено, что при диффузионной металлизации, включающей в качестве исходной операции плазменное напыление покрытия хрома и последующий отжиг в защитной атмосфере водорода при температуре 1200°С в течение пяти часов, на поверхности стальных образцов пресс-форм для литья под давлением формируется диффузионный слой глубиной 20…60 мкм, по строению и характеристикам обеспечивающий улучшение эксплуатационных характеристик материала.

Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при установлении закономерностей поведения различной природы слитковых, порошковых и композиционных материалов с высокой дисперсностью в фазовых и структурных составляющих в различных условиях и состояниях.  

1. Физико-механические и эксплуатационные свойства защитных покрытий / В. К. Зеленко, Н. Н. Сергеев, В. В. Извольский, В. М. Власов. Тула: Изд-во ТГПУ им. Л. Н. Толстого, 1999. 213 с.

2. Кудинов В. В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1977. 184 с.

3. Когезионная прочность металлических и интерметаллических порошковых плазменных покрытий / Н. Н. Сергеев, М. В. Ушаков, А. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, С. Н. Кутепов, О. В. Пантюхин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 8. С. 62–79.

4. Моделирование процессов ресурсосберегающей обработки слитковых, порошковых, наноструктурных и композиционных материалов: монография / М. Х. Шоршоров, А. Е. Гвоздев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, О. В. Кузовлева, Е. М. Селедкин, Д. С. Клементьев, А. А. Калинин. Изд. 2-е, испр. и доп. Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. 360 с.

5. Применение технологии изготовления «корковым» способом формообразующих вставок для литья под давлением медных сплавов / Н. Н. Сергеев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, А. Е. Гвоздев, Е. В. Агеев, Д. С. Клементьев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 3(78). С. 67–83.

6. Комплексный подход к моделированию ресурсосберегающих процессов обработки и фрикционного взаимодействия металлических систем: монография / А. Е. Гвоздев, Н. Н. Сергеев, И. В. Минаев, А. Н. Сергеев, А. Д. Бреки, Д. В. Малий, А. А. Калинин, С. В. Сапожников, С. Н. Кутепов, Д. А. Провоторов; под ред. д-ра техн. наук, проф. А. Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 232 с.

7. О состоянии предпревращения металлов и сплавов: монография / О. В. Кузовлева, А. Е. Гвоздев, И. В. Тихонова, Н. Н. Сергеев, А. Д. Бреки, Н. Е. Стариков, А. Н. Сергеев, А. А. Калинин, Д. В. Малий, Ю. Е. Титова, С. Е. Александров, Н. А. Крылов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 245 с.

8. Ресурсосберегающие технологии получения заготовок быстрорежущего инструмента: монография / А. Е. Гвоздев, И. В. Минаев, С. Н. Кутепов, А. А. Калинин, С. В. Сапожников; под ред. проф. А. Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. 316 с.

9. Effect of the purity of charge materials and heat treatment parameters on the structure and the mechanical properties of U10A forge tool steel / N. N. Sergeev, A. N. Sergeev, S. N. Kutepov, A. E. Gvozdev, A. G. Kolmakov, D. S. Klement’ev, I. V. Kostychev // Russian Metallurgy (Metally). 2021. No. 10. P. 1352–1355.

10. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A. E. Gvozdev, N. N. Sergeyev, I. V. Minayev, I. V. Tikhonova, A. N. Sergeyev, D. M. Khonelidze, D. V. Maliy, I. V. Golyshev, A. G. Kolmakov, D. A. Provotorov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Vol. 8, no. 1. Р. 148–152.

11. The influence of ferrite inequigranularity on the magnetic properties of silicon electrical steel / O. M. Gubanov, A. E. Gvozdev, S. N. Kutepov, A. G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2021. No. 4. P. 950–953.

12. Влияние температуры отпуска на структуру и механические свойства термомеханически упроченного арматурного проката / Н. Н. Сергеев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, А. В. Родионов, А. Е. Гвоздев, О. В. Кузовлева, Е. С. Крупицын // Чебышевcкий сборник. 2021. Т. 22, № 5(81). С. 328–339.

13. Материаловедение / Н. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, В. К. Зеленко, А. Н. Сергеев, О. В. Кузовлева, Н. Е. Стариков, В. И. Золотухин, А. Д. Бреки; под ред. проф. А. Е. Гвоздева. Изд. 2-е, доп. и испр. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 469 с.

14. Атлас микроструктур неметаллических и металлических материалов / Н. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, О. В. Кузовлева, А. Н. Сергеев, Н. Е. Стариков, В. Ю. Кузовлев, А. Д. Бреки, А. А. Калинин, П. Н. Медведев, Ю. С. Дорохин, Д. В. Малий, В. И. Абрамова, К. Н. Старикова, И. Д. Зайцев, С. Н. Кутепов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 96 с.

15. Новые конструкционные материалы / А. Е. Гвоздев, Н. Е. Стариков, В. К. Зеленко, О. В. Кузовлева, А. Н. Сергеев, В. Ю. Кузовлев, А. А. Калинин, А. В. Маляров / под общ. ред. проф. А. Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 296 с.

16. Бреки А. Д., Гвоздев А. Е., Колмаков А. Г. Использование обобщенного треугольника Паскаля для описания колебаний силы трения материалов // Материаловедение. 2016. № 11. С. 3–8.

17. Synthesis and tribotechnical properties of composite coatings with PM–DADPE polyimide matrix and fillers of tungsten dichalcogenide nanoparticles upon dry sliding friction / A. D. Breki, E. S. Vasilyeva, O. V. Tolochko, A. L. Didenko, V. V. Kudryavtsev, A. G. Kolmakov, N. N. Sergeyev, A. E. Gvozdev, N. E. Starikov, D. A. Provotorov, Y. A. Fadin // Inorganic Materials: Applied Research. 2016. Vol. 7, no. 4. P. 542–546.

18. Комплекс научно-технических, проектно-конструкторских и технологических разработок по созданию, изготовлению и внедрению высокоточного импортозамещающего оборудования качественной лазерной и газоплазменной обработки листового проката: монография / Н. Н. Сергеев, А. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, И. Л. Грашнин, И. В. Минаев, С. И. Полосин, И. В. Тихонова, А. Е. Чеглов, Д. М. Хонелидзе; под ред. д-ра техн. наук, проф. Н. Н. Сергеева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 188 с.

19. Разработка и исследование твердосплавных изделий из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием вольфрамсодержащих отходов / Р. А. Латыпов, Г. Р. Латыпова, Е. В. Агеев, А. А. Давыдов // Международный научный журнал. 2013. № 2. С. 107–112.

20. Свойства порошков из отходов твердых сплавов ВК8 и Т15К6, полученных методом электроэрозионного диспергирования / Р. А. Латыпов, А. Б. Коростелев, Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2010. № 7. С. 2–6.

21. Исследование противоизносных свойств пластичного смазочного композиционного материала, содержащего дисперсные частицы слоистого модификатора трения / В. В. Медведева, А. Д. Бреки, Н. А. Крылов, М. А. Скотникова, Ю. А. Фадин, С. Е. Александров, А. Е. Гвоздев, Н. Е. Стариков, Д. А. Провоторов, А. Н. Сергеев, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 1 (64). С. 75–82.

22. Триботехнические свойства пластичных смазочных композиционных материалов с наполнителями из дисперсных частиц меди и цинка / В. В. Медведева, А. Д. Бреки, Н. А. Крылов, С. Е. Александров, А. Е. Гвоздев, Н. Е. Стариков, Н. Н. Сергеев, Е. В. Агеев, А. Н. Сергеев, Д. В. Малий, Д. А. Провоторов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 2 (65). С. 109–119.

23. Перспективные стали для кожухов доменных агрегатов / Н. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, А. Н. Сергеев, И. В. Тихонова, С. Н. Кутепов, О. В. Кузовлева, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7, № 2 (23). С. 6–15.