Дослідження якості сульфоалітованих покриттів на стальних поверхнях, отриманих методом електроіскрового легування

Abstract

Запропонований спосіб сульфоалітування робочих поверхонь екологічно безпечним методом електроіскрового легування, що полягає у нанесенні сірчаної мазі на оброблювану поверхню і подальшого ЕІЛ алюмінієвим електродом. В якості матеріалу підкладки використовували сталь 20 і 40. Після оброблення визначали шорсткість поверхневого шару. Аналіз профілів поверхонь зразків після сульфоалітування методом ЕІЛ і параметрів шорсткості досліджуваних поверхонь показав, що зі збільшенням енергії розряду, а також вмісту вуглецю в сталі параметри Ra, Rz, Rmax зростають. Проведений микроструктурній, дюрометричний та локальний енергодисперсійний аналізи. Металографічний та дюрометричний аналізи отриманих покриттів показали, що на мікроструктурах можна виділити зони: приповерхневий, не суцільний пухкий шар товщиною 20-40 мкм, зміцнений шар (20-80 мкм), дифузійна зона та основний метал з ферито-перлітною структурою. При заміні матеріалу підкладки зі сталі 20 на сталь 40 збільшується як твердість верхнього шару (1670 і 2240 МПа при енергіях розряду 0,13 і 3,4 Дж відповідно), так і зміцненого шару (5147 і 10380 МПа при енергіях розряду 0,13 і 3,4 Дж відповідно). Зі зростанням енергії розряду збільшуються параметри покриття: товщина, мікротвердість верхнього і зміцненого шару, а також їх суцільність. Локальний енергодисперсійний аналіз показав, що найбільша кількість сірки знаходиться у поверхневому шарі, що характеризує шар зниженої мікротвердості і розподіляється по глибині до 15 мкм. Дифузійна зона алюмінію складає 30-80 мкм, залежно від енергетичних параметрів процесу ЕІЛ. Найбільший вміст алюмінію характерний для ділянок покриття, що знаходяться на відстані 7-15 мкм від поверхні. Приповерхневий пухкий шар збагачений сіркою, зміцнений – алюмінієм.

Предложен способ сульфоалитирования рабочих поверхностей экологически безопасным методом электроискрового легирования, заключающийся в нанесении серной мази на обрабатываемую поверхность и последующего ЭИЛ алюминиевым электродом. В качестве материала подложки использовали сталь 20 и 40. После обработки определяли шероховатость поверхностного слоя. Анализ профилей поверхностей образцов после сульфоалитирования методом ЭИЛ и шероховатости исследуемых поверхностей показал, что с увеличением энергии разряда, а также содержания углерода в стали, параметры Ra, Rz, Rmax возрастают. Проведенный микроструктурный, дюрометрический и локальный энергодисперсионный анализы. Металлографический и дюрометрический анализы полученных покрытий показали, что на микроструктурах можно выделить зоны: приповерхностный, не сплошный рыхлый слой толщиной 20-40 мкм, упрочненный слой (20-80 мкм), диффузная зона и основной металл с феррито-перлитной структурой. При замене материала подложки со стали 20 на сталь 40 увеличивается как твердость верхнего слоя (1670 и 2240 МПа при энергиях разряда 0,13 и 3,4 Дж, соответственно), так и упрочненного слоя (5147 и 10380 МПа при энергиях разряда 0,13 и 3,4 Дж, соответственно). С ростом энергии разряда увеличиваются параметры покрытия: толщина, микротвердость верхнего и упрочненного слоя, а также их сплошность. Локальный энергодисперсионный анализ показал, что наибольшее количество серы находится в поверхностном слое, характеризующего слой пониженной микротвердости и распределяется по глубине до 15 мкм. Диффузная зона алюминия составляет 30-80 мкм, в зависимости от энергетических параметров процесса ЭИЛ. Наибольшее содержание алюминия характерно для участков покрытия, находящихся на расстоянии 7-15 мкм от поверхности. Приповерхностный рыхлый слой обогащен серой, упрочненный – алюминием.

The method sulfoalitizing of work surfaces by an environmentally friendly method of electrospark alloying is proposed. The method is comprised of applying sulphur ointment to the surface and subsequent ESA by an aluminium electrode. Steels 20 and 40 were used as the substrate materials. After processing, the roughness of the surface layer was determined. Analysis of the surface profiles of the samples after sulfoalitizing by EIL and the roughness parameters of the studied surfaces is showed that parameters Ra, Rz, Rmax are increased with increasing discharge energy, as well as the carbon content in the steel. Microstructural, durometric and local energy dispersive analyses are carried out. Metallographic and durometric analyses of the obtained coatings are showed zones on microstructures: a near-surface, not continuous loose layer with thickness of 20-40 µm, a hardened layer (20-80 µm), diffusion zone and a base metal with a ferrite-pearlite structure. Replacing the substrate material from steel 20 to steel 40 the hardness of the upper layer (1670 and 2240 MPa at discharge energies of 0.13 and 3.4 J, respectively) and of the reinforced layer (5147 and 10380 MPa at discharge energies of 0.13 and 3.4 J respectively) are increased. The parameters of the coating thickness, microhardness, continuity are increased with an increase discharge energy. Local energy dispersion analysis is showed that the sulfur is concentrated in the surface layer, which characterized the layer of reduced microhardness and is distributed at a depth of up to 15 μm. The diffusion zone of aluminum is 30-80 μm, depending on the energy parameters of the EIL process. The aluminum is concentrated on coating areas located at a distance of 7-15 μm from the surface. The near-surface layer is enriched with sulfur, the hardened layer is aluminium.