О формировании диффузионного защитного слоя на деталях пресс-форм

Целью настоящего исследования являлось исследование возможности эксплуатации пресс-форм, упрочненных износостойкими защитными покрытиями, наносимыми методами газотермического напыления, в условиях воздействия значительных термомеханических нагрузок при литье под давлением цветных и черных металлов.

Методы. В качестве материала-основы для напыления защитных износостойких покрытий использовали инструментальную штамповую сталь марки 3Х2В8Ф, из которой вырезали образцы с размерами Ø50×10 мм. В качестве напыляемых материалов применяли следующие порошковые материалы: ПХМ, феррохром, ПХ18Н9Т, ПХ23Н28М3Д3Т. 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. Исследование микротвердости проводили с использованием микротвердомера ПМТ-3 при нагрузке на индентор 50 г. Металлографические исследования проводили на металлографическом микроскопе МИМ-8. Выявление микроструктуры проводили в травителе следующего состава: 20 мл H2O, 20 мл HCl, 4 г Cu2SO4.

Результаты. Показано, что в структуре стальной матрицы образцов, отожженных в водороде, просматриваются крупные мартенситные иглы у поверхности, противоположной напыленной. В результате проведенных исследований установлено, что при диффузионной металлизации образцов с плазменно напыленными покрытиями из порошков ПХ23Н28М3Д3Т и ПХ18Н9Т и последующего отжига в защитной атмосфере водорода диффузионный слой практически не образуется.

Заключение. Способ диффузионного хромирования, связанный с образованием плазменно-напыленных покрытий, включает в себя нанесение плазменным методом слоя металлического покрытия, содержащего хром, на стальную поверхность и последующий диффузионный отжиг. Установлено, что метод насыщения оказывает существенное влияние на начальные условия, предшествующие процессу диффузии. Поэтому качество покрытий, наносимых методом плазменного напыления, оказывает большое влияние на кинетику процесса формирования диффузионного слоя, его структуру и характеристики свойств после последующего отжига.

1. Моргунов В. Н. Основы конструирования отливок. Параметры точности и припуски на механическую обработку. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. 164 с.

2. Беккер М. Б. Литье под давлением. 3-е изд., перераб и доп. М.: Высшая школа, 1978. 213 с.

3. Гавариев Р. В., Савин И. А., Леушин И. О. К вопросу о повышении эксплуатационных показателей пресс-форм для литья под давлением нанесением многофункциональных покрытий // Литейное производство. 2014. № 1(14). С. 58–61.

4. 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.

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

6. 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.

7. 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. М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. 360 с.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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. P. 148–152.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. Триботехнические характеристики композиционных покрытий с матрицей из полигетероарилена ПМ-ДАДФЭ и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама при трении скольжения в среде жидкого смазочного материала / А. Д. Бреки, А. Л. Диденко, В. В. Кудрявцев, Е. С. Васильева, О. В. Толочко, А. Г. Колмаков, Ю. А. Фадин, Н. Е. Стариков, А. Е. Гвоздев, Н. Н. Сергеев, Е. В. Агеев, Д. А. Провоторов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 3 (66). С. 17–28.