СПОСІБ ОБРОБКИ СТАЛЬНОЇ ВТУЛКИ САЛЬНИКОВОГО УЩІЛЬНЕННЯ ВАЛА НАСОСА

1. Спосіб обробки стальної втулки сальникового ущільнення вала насоса, що включає формування на поверхні втулки зносостійкого поверхневого шару методом електроіскрового легування електродом-інструментом на режимах з енергією розряду 0,036-6,8 Дж, нанесення на отриману поверхню металополімерного матеріалу з подальшою його полімеризацією, механічну фінішну обробку нанесеного металополімерного матеріалу для забезпечення заданої шорсткості поверхні покриття, який відрізняється тим, що як електрод-інструмент при електроіскровому легуванні використовують графіт, а як металополімерний матеріал застосовують армований полімерний матеріал, при цьому після полімеризації поверхневий шар сформованого покриття проточують на глибину, яку визначають, застосовуючи коефіцієнт K, що дорівнює шорсткості Rz поверхневого шару, сформованого при електроіскровому легуванні графітом як електродом-інструментом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при армуванні полімерного матеріалу металом застосовують порошок нікелю з концентрацією в полімерному матеріалі ~60 % за умови, що втулка сальникового ущільнення насоса працює в умовах оточуючого середовища без абразивних включень. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при армуванні полімерного матеріалу карбідом металу застосовують вольфрамовий порошок ВК6 з концентрацією в полімерному матеріалі ~60 % за умови, що втулка сальникового ущільнення насоса працює в умовах оточуючого середовища без абразивних включень. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при армуванні полімерного матеріалу нітридом металу застосовують порошок нітриду цирконію з концентрацією в полімерному матеріалі ~80 % за умови, що втулка сальникового ущільнення насоса працює в оточуючому середовищі з радіаційним випромінюванням. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після полімеризації поверхневий шар сформованого покриття проточують різцем зі зміцненого матеріалу Р6М5, на глибину, яка дорівнює величині шорсткості Rz поверхневого шару, сформованого при електроіскровому легуванні графітом як електродом-інструментом, причому різець з матеріалу Р6М5 зміцнюють нанесенням на його ріжучу кромку зносостійкого покриття методом електроіскрового легування.

Корисна модель належить до галузі електрофізичної та електрохімічної обробки, зокрема до електроіскрового легування (ЕІЛ), (те ж саме, що і електроерозійне легування (ЕЕЛ)), і може бути застосована для підвищення довговічності сальникового ущільнення вала насоса, як однієї з критичних деталей цього виду обладнання. Сальникове ущільнення є найбільш простим за конструкцією та в обслуговуванні серед ущільнень валів насосів. Серед основних причин виходу з ладу сальникових ущільнень є експлуатація сальника при зношеній захисній втулці, що призводить до інтенсивного зношення набивки і зрештою всього виробу [Підконтрольна експлуатація обладнання насосних станцій: навчальний посібник / В.О. Панченко, В.Ф. Герман, О.В. Івченко та ін.; за загальною редакцією В.О. Панченка. - Суми: Сумський державний університет, 2020. - 270 с.]. Захисна втулка вала має виготовлятися з матеріалу, який повинен піддаватися ретельній доводці, щоб вона добре працювала у дотику з набивкою. Матеріали для захисних втулок сальникових ущільнень насосів, які найчастіше використовують в умовах підвищеної корозійної активності середовища або при роботі насоса з абразивними частинками, є нержавіючі сталі, що забезпечують високу міцність, зносостійкість і корозійну стійкість деталей [Sapozhnykov, Y., & Zahorulko, A. (2024). Computational studies of stuffing box packing seal wear mechanism using the Archard model. Problems of Tribology, 29(2/112), 6-15. https://doi.org/10.31891/2079-1372-2024-112-2-6-15]. Для запобігання корозійних ушкоджень захисні втулки валів насосів виготовляють з високолегованої хромистої сталі з високими ковзними властивостями [Малюшенко В.В., Михайлов А.К. Основное насосное оборудование тепловых электростанций. М., "Энергия", 1969. - С. 61-66]. Відомий спосіб електроіскрового легування (ЕІЛ), що все ширше застосовується у промисловості для підвищення зносостійкості і твердості поверхонь деталей машин, в тому числі й таких, які працюють в умовах високих температур і агресивних середовищ, з метою підвищення їх жаро- і корозійної стійкості, а також для відновлення зношених поверхонь деталей машин, наприклад, при ремонті тощо. ЕІЛ поверхні - це процес перенесення матеріалу на оброблювану поверхню іскровим електричним розрядом. Метод має ряд специфічних особливостей: - матеріал анода (легувальний матеріал) може утворювати на поверхні катода (легованій поверхні) шар покриття, надзвичайно міцно зчеплений з поверхнею. У цьому випадку не тільки відсутня межа розділу між нанесеним матеріалом і металом основи, але навіть відбувається дифузія елементів анода в катод; - легування можна здійснювати у строго зазначених місцях (радіусом від часток міліметра і більше), не захищаючи при цьому решту поверхні деталі; - технологія електроерозійного легування металевих поверхонь дуже проста, а необхідна апаратура компактна і транспортабельна яЛазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей.- М.: Машиностроение, 1976. - С. 3, 4, 13, 19Л. Незважаючи на те, що метод ЕІЛ позитивно впливає на зносостійкість поверхневого шару, його недоліки нерідко обмежують впровадження даного методу для широкого кола деталей машин. До таких недоліків належать збільшення шорсткості поверхні виробів після ЕІЛ, нерівномірність поверхневого зміцнення, негативний вплив ерозійного розряду на втомні властивості виробів та ін. Крім цього, зі збільшенням енергії розряду ЕІЛ, як правило, знижується суцільність формованого покриття (через наявність наскрізних пір) вЛазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей. - М.: Машиностроение, 1976. - С. 15-17 . Відомий спосіб цементації сталевих деталей шляхом електроіскрового легування (ЦЕІЛ) графітовим електродом-анодом вказаних деталей - катодів, в якому як матеріал катода використовують низьковуглецеві леговані сталі аустенітного класу, причому легування здійснюють з продуктивністю 1,0-5,0 хв/см2 і з формуванням поверхневих шарів товщиною від 4-5 до 320-350 мкм [Патент UA 82948 C2, МПК В23С 8/00, опубл. 26.05.2008, бюл. № 10/2008]. При ЦЕІЛ сталевих деталей товщина зміцненого шару залежить від енергії розряду і часу легування (трудомісткості процесу). Зі збільшенням енергії розряду і часу легування товщина зміцненого шару збільшується. Однак при цьому зростає і шорсткість поверхні. Так, при ЕІЛ вуглецем середньовуглецевої легованої сталі 40Х (Ra=0,5 мкм) з продуктивністю 0,2 см2/хв при енергії розряду 6,8 Дж товщина шару підвищеної твердості становить понад 1,15 мм. Шорсткість поверхні при цьому відповідає Ra=11,7-14,0 мкм. Відомий спосіб нанесення на поверхні деталей полімерних матеріалів (ПМ) [А.А. Ищенко. Технологические основы восстановления промышленного оборудования современными полимерными материалами. - Мариуполь: ПГТУ, 2007. - С. 9]. Недоліком технології з нанесенням ПМ можна вважати невисоку твердість покриття і необхідність створення на поверхні деталі спеціального рельєфу (шорсткості) для кращого зчеплення нанесеного матеріалу з основою. Найближчим аналогом до заявленого способу є спосіб відновлення зношених поверхонь металевих деталей, що включає покриття зношеної поверхні деталі методом електроерозійного легування електродом-інструментом, нанесення на отриману поверхню металополімерного матеріалу (МПМ) з подальшою його полімеризацією і здійснення фінішної обробки нанесеного шару металополімерного матеріалу, при якому покриття електроерозійним легуванням наносять на режимах з енергією розряду 0,036-6,8 Дж, чим забезпечують задану шорсткість поверхні покриття, що становить від 1 до 200 мкм і більше [Патент UA 104664 С2, МПК В23Н 5/00, В2ЗН 9/00, C23C 28/00, опубл. 25.02.2014, бюл. № 4, 2014]. Дане технічне рішення характеризується перевагами інтегрованої технології ЕІЛ+ПМ, які полягають у тому, що: - суцільність поверхні збільшується до 100 %; - величина шорсткості поверхні набагато нижча від ЕІЛ; - твердість суттєво підвищується порівняно з ПМ; - відбувається проникнення ПМ у западини та мікронерівності оброблюваної деталі, що виключає ймовірність утворення осередків корозії у западинах, не заповнених ПМ; - зносостійкість, надійність та довговічність виготовлених або відновлених деталей вища, ніж при використанні окремо взятих технологій ЕІЛ чи ПМ. Завдяки інтегрованій технології ЕІЛ+ПМ можливі різні варіанти структури поверхневого шару: - неповне покриття ПМ шорсткості після ЦЕІЛ (фіг. 2); - повне покриття ПМ шорсткості після ЦЕІЛ (фіг. 3); - поверхня після механічної обробки, коли залишаються окремі ділянки з матеріалу, сформованого після ЦЕІЛ, і ділянки з ПМ (фіг. 4). При збільшенні глибини обробки, площа ділянок поверхні з ПМ зменшується, а отримана методом ЦЕІЛ відповідно зростає. Незважаючи на зазначені вище переваги, спосіб має недоліки: - низька твердість поверхневого шару; - спосіб неможливо використовувати для обробки захисних втулок сальникових ущільнень валів насосів, які працюють у негативному абразивному та гідроабразивному оточуючому середовищі; - спосіб неможливо використовувати для обробки захисних втулок сальникових ущільнень валів насосів, які працюють при радіоактивному опромінюванні тощо. У даному випадку при ЦЕІЛ формується поверхневий шар і, як правило, на "жорстких" режимах, тобто, при високих показниках енергії розряду, коли робочий струм (Iр) досягає значень більше 10 А. У роботі [Электроискровое легирование металлических поверхностей / Гитлевич А.Е., Михайлов В.В., Парканский Н.Я., Ревутский В.М. - Кишинев: Штинца, 1985. - С. 43] відзначається, що зі збільшенням Iр (>10 А) на поверхні катода можливе формування відносно товстих шарів (0,15-0,2 мм і більше - так зване "грубе" ЕІЛ), але якісні характеристики таких шарів (суцільність, рівномірність, щільність і т.п.) різко знижуються. Відповідно до цього технічного рішення ЦЕІЛ проводять, варіюючи енергію розряду від 0,036 до 6,8 Дж. При цьому шорсткість поверхні збільшується від Ra=0,7 мкм і при енергії розряду, Wр=6,8 Дж може досягати Ra=11,7-14,0 мкм [Патент UА 82948 С2, МПК В23С 8/00, опубл. 25.03.2008, бюл. № 10], а суцільність шару, як правило, знижується від 100 до 50-60 %. Погіршення суцільності покриття тягне за собою ряд недоліків: - зменшення площі опорної поверхні; - зниження міцності покриття; - зниження герметичності у пресових з'єднаннях; - збільшення кількості концентраторів напруги; - зниження корозійної стійкості та ін. При цьому відомо, що усунути означені вище недоліки комбінованого покриття можна шляхом армування ПМ металевими включеннями з отриманням МПМ. [Tarelnyk V., Konoplianchenko I., Gaponova O., Tarelnyk N., Martsynkovskyy V., Sarzhanov B., Sarzhanov O., Antoszewski B. Effect of Laser Processing on the Qualitative Parameters of Protective Abrasion-Resistant Coatings. Powder Metall Met Ceram. - 2020. - Vol 58. - P. 703-713. https://doi.org/10.1007/s11106-020-00127-8]. Крім цього, відомо, що механічну обробку покриття, сформованого методом ЕІЛ з наступним нанесенням МПМ, можна виконувати шліфуванням на шліфувальних верстатах, але при цьому можливе вкраплення в поверхневий шар абразивних часток. Тому краще використовувати таку обробку металорізальним інструментом. Враховуючи, що композиційне покриття ЦЕІЛ+МПМ складається з м'якого ПМ і твердих включень шорсткості, сформованої після ЦЕІЛ поверхні, то різці з твердосплавними ріжучими пластинами, які погано працюють на удар, не бажано використовувати, а краще застосовувати різці з матеріалу Р6М5, на ріжучу кромку яких методом ЕІЛ нанесене зносостійке покриття [UA158217 U, МПК: B23H 9/00; B23P 15/00., опубл. 08.01.2025, бюл. № 2/2025] В основу заявленої корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу обробки стальної втулки сальникового ущільнення вала насоса, який працює, як в звичайних умовах, так і в умовах підвищеної корозійної активності середовища або в умовах радіаційного випромінювання, або при роботі насоса в середовищі з абразивними частинками та які забезпечують високу міцність, зносостійкість і корозійну стійкість обладнання. Поставлену задачу вирішують тим, що у способі обробки стальної втулки сальникового ущільнення вала насоса, що включає формування на поверхні втулки зносостійкого поверхневого шару методом електроіскрового легування електродом-інструментом на режимах з енергією розряду 0,036-6,8 Дж, нанесення на отриману поверхню металополімерного матеріалу з подальшою його полімеризацією, механічну фінішну обробку нанесеного металополімерного матеріалу для забезпечення заданої шорсткості поверхні покриття, згідно з корисною моделлю, як електрод-інструмент при електроіскровому легуванні використовують графіт, а як металополімерний матеріал застосовують армований полімерний матеріал, при цьому після полімеризації поверхневий шар сформованого покриття проточують на глибину, яку визначають, застосовуючи коефіцієнт K, що дорівнює шорсткості Rz поверхневого шару, сформованого при електроіскровому легуванні графітом як електродом-інструментом. Згідно з корисною моделлю, у способі при армуванні полімерного матеріалу металом застосовують порошок нікелю з концентрацією в полімерному матеріалі ~60 % за умови, що втулка сальникового ущільнення насоса працює в умовах оточуючого середовища без абразивних включень. Згідно з корисною моделлю, у способі при армуванні полімерного матеріалу карбідом металу застосовують вольфрамовий порошок ВК6 з концентрацією в полімерному матеріалі ~60 % за умови, що втулка сальникового ущільнення насоса працює в умовах оточуючого середовища без абразивних включень. Згідно з корисною моделлю, у способі при армуванні полімерного матеріалу нітридом металу застосовують порошок нітриду цирконію з концентрацією в полімерному матеріалі ~80 % за умови, що втулка сальникового ущільнення насоса працює в оточуючому середовищі з радіаційним випромінюванням. Згідно з корисною моделлю, у способі після полімеризації поверхневий шар сформованого покриття проточують різцем зі зміцненого матеріалу Р6М5, на глибину, яка дорівнює величині шорсткості Rz поверхневого шару, сформованого при електроіскровому легуванні графітом як електродом-інструментом, причому різець з матеріалу Р6М5 зміцнюють нанесенням на його ріжучу кромку зносостійкого покриття методом електроіскрового легування. У способі, після полімеризації поверхневий шар сформованого покриття проточують різцем зі зміцненого матеріалу Р6М5 на глибину, яка менше величини шорсткості Rz поверхневого шару, сформованого при електроіскровому легуванні графітом як електродом-інструментом, причому різець з матеріалу Р6М5 зміцнюють нанесенням на його ріжучу кромку зносостійкого покриття методом електроіскрового легування. У способі, після полімеризації поверхневий шар сформованого покриття проточують різцем зі зміцненого матеріалу Р6М5 на глибину, яка більше величини шорсткості Rz поверхневого шару, сформованого при електроіскровому легуванні графітом як електродом-інструментом, причому різець з матеріалу Р6М5 зміцнюють нанесенням на його ріжучу кромку зносостійкого покриття методом електроіскрового легування. Удосконалення способу полягає у застосуванні ознак, які сформульовані у відмітній частині незалежного пункту формули заявленої корисної моделі і які необхідні та достатні для досягнення технічного ефекту, на досягнення якого спрямовано дане технічне рішення, а саме: те, що як електрод-інструмент (ЕІ) при електроіскровому легуванні використовують графіт, дає змогу сформувати на поверхні втулки зносостійкий поверхневий шар з шорсткістю поверхні, необхідної для подальшого нанесення ПМ те, що як МПМ застосовують полімерний матеріал (ПМ), армований або металом, або карбідом металу, або нітридом металу, дає змогу підвищити твердість і зносостійкість ПМ; те, що після полімеризації поверхневий шар сформованого покриття проточують на глибину, яку визначають, застосовуючи коефіцієнт К, що дорівнює шорсткості Rz поверхневого шару, сформованого при електроіскровому легуванні графітом як ЕІ дає змогу управляти кількістю площі поверхневого шару, армованого ПМ і площі частково проточеної шорсткості поверхневого шару; те, що після полімеризації поверхневий шар сформованого покриття проточують різцем зі зміцненого методом ЕІЛ матеріалу Р6М5, забезпечує підвищення технологічності фінішної обробки і якість поверхні. Далі корисна модель описана з посиланнями на креслення і фотографії: на фіг. 1 показано сальникове ущільнення, де: 1 - корпус сальника; 2 - кільця набивки; 3 - захисна втулка вала сальникового ущільнення; на фіг. 2 показано схему профілю поверхневого шару обробленої деталі при неповному покритті ПМ шорсткості після ЦЕІЛ, де: 4 - матеріал основи; 5 - дифузійний шар; 6 - матеріал шорсткості сформованої після ЦЕІЛ; 7 - покриття ПМ; 8 - виступ шорсткості, сформованої після ЦЕІЛ. на фіг. 3 показано схему профілю поверхневого шару обробленої деталі при повному покритті ПМ шорсткості після ЦЕІЛ, де: 4 - матеріал основи; 5 - дифузійний шар; 6 - матеріал шорсткості сформованої після ЦЕІЛ; 7 - покриття ПМ; на фіг. 4 показано поверхню з ділянками матеріалу, що сформовано після ЦЕІЛ і ПМ після механічної обробки, де: 4 - матеріал основи; 5 - дифузійний шар; 6 - матеріал шорсткості сформованої після ЦЕІЛ; 7 - покриття ПМ; 8 - виступ шорсткості, сформованої після ЦЕІЛ; на фіг. 5 показано фото процесу зміцнення поверхні в автоматизованому режимі; на фіг. 6 показано фото процесу застосування БУФО після ЦЕІЛ; на фіг. 7 показано фото круглого зразка у вигляді котушки; на фіг. 8 показано фото круглого зразка у вигляді циліндра; на фіг. 9 показано фото процесу виготовлення шліфів для металографічних і дюрометричних досліджень: диск з вирізаними сегментами зі сталі 40Х; на фіг. 10 показано фото процесу виготовлення шліфів для металографічних і дюрометричних досліджень: диски з вирізаними сегментами зі сталі 12X18Н10Т; на фіг. 11 показано фото процесу виготовлення шліфів для металографічних і дюрометричних досліджень: готові шліфи; на фіг. 12 показано графіки розподілу мікротвердості поверхневого шару на підкладках зі сталей: 1-30X13, 2-40Х, та 3-12X18Н10Т при ЦЕІЛ з Wр=6,8 Дж і Q=0,2 см2/хв; на фіг. 13 показано фото структури сталі 12X18Н10Т після ЦЕІЛ + (МПМ + порошок твердого сплаву ВК6); на фіг. 14 показано графіки розподілу мікротвердості, сформованого покриття в міру поглиблення від поверхні. Приклади здійснення заявленої корисної моделі. Зразки зі сталі 40Х, 30X13 і 12X18Н10Т обробляли методом ЕІЛ з використанням електрода-інструмента (ЕІ) з графіту, тобто піддавали цементації методом електроіскрового легування (ЦЕІЛ). При цьому використовували установку моделі: "Елітрон - 52А" і енергію розряду в діапазоні Wр = от 0,6-6,8 Дж. Зміцнення проводили на токарно-гвинторізному верстаті мод. 16К20. Вібратор кріпили в різцетримачі (фіг. 5). Підведення електрода здійснювали механізмами верстата. Вибір режимів зміцнення (частота обертання шпинделя, подання) проводили виходячи із заданої продуктивності процесу. Для досліджень використовували спеціальні круглі зразки, виготовлені зі сталей 40Х, 30X13 і 12X18Н10Т у вигляді котушки, що складається з двох дисків, діаметром 50 мм і шириною 10 мм, сполучених між собою проставкою діаметром 15 мм, що має дві технологічні ділянки такого самого діаметра, а також у вигляді циліндра діаметром 50 і завдовжки 100 мм (фіг. 7, 8). Поверхні дисків і циліндра перед ЦЕІЛ шліфували до Rа=0,5 мкм. Зразки закріплювали в патроні токарного верстата і здійснювали ЦЕІЛ. На поверхню зразків зі сталі 40Х, 30X13 і 12X18Н10Т, після ЦЕІЛ з Wр=6,8 Дж і продуктивністю, Q=0,2 см2/хв наносили МПМ, який був армований: - порошком нікелю марки ПНЕ (ГОСТ 972297) з концентрацією в полімерному матеріалі ~60 %; - вольфрамовим порошком марки ВК6 (ТУ 48-4205-112-2017) з концентрацією в полімерному матеріалі ~60 %; - порошком нітриду цирконію (специфікація цирконію (специфікація CAS 25658-42-8) з концентрацією в полімерному матеріалі ~80 %. Після нанесення МПМ проводили часткове видалення, сформованого поверхневого шару, різцем з матеріалу Р6М5, зміцненого методом ЕІЛ, шляхом нанесення на його ріжучу кромку зносостійкого покриття. Зразок з нанесеним МПМ проточували різцем на глибину, яка дорівнювала шорсткості Rz=60 мкм, тобто на 0,06 мм. В цьому випадку площа ділянок, що складаються з матеріалу, сформованого при ЦЕІЛ приблизно дорівнює площі ділянок, що складаються з полімерного матеріалу. Оброблення БУФО здійснювали на базі токарно-гвинторізного верстата 16К20 (фіг. 6) із застосуванням магнітострикційного перетворювача ПМС-39 та ультразвукового генератора УЗУ-030, технічна характеристика якого наведена в таблиці 1. Технічна характеристика ультразвукового генератора УЗУ-030 Таблиця 1Найменування параметраВихідне значення Живлення від мережі змінного струму з номінальною напругою, В220±10 %Споживана потужність, Вт300Форма вихідного сигналуПрямокутнаПотужність вихідна, Вт500Частота робоча, кГц18,6Амплітуда коливань УЗ хвилеводу, мкм10Габаритні розміри, мм400×450×280Маса, кг25,4 Для проведення металографічних і дюрометричних досліджень із круглих зразків вирізали окремі сегменти (фіг. 9, 10), і виготовляли шліфи (фіг. 11). Шліфи досліджували на оптичному мікроскопі "Неофот-2", де проводилася оцінка якості шару, його суцільності, товщини та будови зон підшару - дифузійної зони та зони термічного впливу. Одночасно проводився дюрометричний аналіз на розподіл твердості в поверхневому шарі та по глибині шліфу від поверхні. Вимірювання мікротвердості проводилося на мікротвердомірі ПМТ-3 вдавлюванням алмазної піраміди під навантаженням 0,05 Н (згідно з ГОСТ 9450-76). Поверхневу пластичну деформацію поверхневого шару після ЦЕІЛ, нанесення МПМ і зрізання різцем на глибину 0,06 мм проводили шляхом безабразивної ультразвукової фінішної обробки (БУФО). Контроль шорсткості зміцненої поверхні здійснювався за параметром Ra на профілометрі-профілографі мод. 201 заводу "Калібр" шляхом зняття та обробки профілограм. В таблиці 2 представлені значення загальної глибини зміцненого шару, твердості та шорсткості поверхневих шарів зразків сталі 40Х, 30X13 і 12X18Н10Т після ЦЕІЛ з енергією розряду, Wр = 0,6; 1,41; 2,83; 3,4 і 6,8 Дж і продуктивністю, Q = 0,2 см2/хв. Параметри якості поверхневих шарів зразків сталі 40Х, 30X13, 12X18Н10Т після ЦЕІЛ Таблиця 2Енергія розряду, Wр, ДжПродуктивність, Q см2/хвЗагальна глибина зміцненого шару, hш, мкмТвердість, HVШорсткість Rа, мкмaRСталь 40Х0,60,2509870,94,11,413779932,511,32,836589976,227,23,472210019,239,66,8910105014.163,2Сталь 30X 130,60,2489931.04,31,4135810001,711,82,8362310056,728,63,468410208,841,36,8860110014.265,4Сталь 12X18Н10Т0,60,2489601.05,31,411349741,713,52,8320010136,629,83,421011008,743,76,8250110114.568,8 Як видно з таблиці 2, параметри якості зміцненого шару зразків для кожного матеріалу сталі різні та змінюються залежно від енергетичних параметрів обробки (енергії розряду). Дюрометричний аналіз проведених досліджень показав, що незалежно від матеріалу сталі та енергії розряду твердість зміцненого шару в міру поглиблення плавно знижується та переходить у мікротвердість підкладки. В таблицях 3 і 4 та фіг. 12 показаний розподіл мікротвердості поверхневого шару на підкладках зі сталей 40Х, 30X13 та 12X18Н10Т при ЦЕІЛ з Wр = 6,8 Дж і Q = 0,2 см2/хв. Розподіл твердості по глибині шару при ЦЕІЛ сталі 40Х і 30X13 Таблиця 3Глибина шару, hш, мкм100200300400500600700800900100011001200Твердість, HVСталь 40Х102090060050043037035033032031032532030X131090950800720650600630575550560560550 Розподіл твердості по глибині шару при ЦЕІЛ сталі 12X18Н10Т Таблиця 4Глибина шару, hш, мкм255075100125150175200225250275300Твердість, HV11001075950700500350250220200190180185 На фіг. 13 зображена структура зразка сталі 12X18Н10Т після ЦЕІЛ з подальшим нанесенням композиційного матеріалу, що складається з ПМ і порошку твердого сплаву ВК6 а також розподіл мікротвердості, сформованого покриття в міру поглиблення з поверхні (фіг. 14). Аналіз мікроструктури (фіг. 13) показав, що при подальшому нанесенні композиційного матеріалу, що складається з МПМ і порошку твердого сплаву ВК6, поверхневий шар складається з 4-х зон. На поверхні розташована зона темного кольору товщиною до 120 мкм, мікротвердість якої знаходиться в межах 820-1120 HV. На кордоні з другою зоною мікротвердість становить 650-700 HV. Нижче, у міру поглиблення, розташована зона світлого кольору, товщиною до 90 мкм, мікротвердість якої становить близько 450 HV. Ще нижче мікротвердість плавно знижується, і на глибині ~ 260 мкм відповідає мікротвердості основи. Зразки зі сталей 40Х, 30X13 та 12X18Н10Т після ЦЕІЛ з Wр = 0,6; 3,4; 6,8 Дж і Q = 0,2 см2/хв, нанесення МПМ, який був армований: порошком нікелю марки ПНЕ (ГОСТ 972297) з концентрацією в полімерному матеріалі ~60 %; вольфрамовим порошком марки ВК6 (ТУ 48-4205-112-2017) з концентрацією в полімерному матеріалі ~60 %; порошком нітриду цирконію (специфікація CAS 25658-42-8) з концентрацією в полімерному матеріалі ~80 % і проточування різцем на глибину 0,06 мм, піддавали оброблюванню БУФО на базі токарно-гвинторізного верстата 16К20 із застосуванням магнітострикційного перетворювача ПМС-39 та ультразвукового генератора УЗУ-030. Результати після обробки БУФО представлені в таблицях 5-7. Параметри якості поверхневих шарів зразків сталі 40Х, 30X13 і 12X18Н10Т після ЦЕІЛ, нанесення МПМ армованого порошком нікелю і проточування на глибину 0,06 мм з наступною БУФО Таблиця 5Енергія розряду, Wр, ДжПродуктивність, Q см2/хвЗагальна глибина зміцненого шару, hш, мкмТвердість, HVШорсткість Rа, мкмСталь 40Х0,60,2459830,22,836539950,36,890110100,5Сталь 30X130,60,2449870,22,8361610100,46,885011300,6Сталь 12X18Н10Т0,60,2439900,22,8319310150,36,824411200,5 Параметри якості поверхневих шарів зразків сталі 40Х, 30X13 і 12X18Н10Т після ЦЕІЛ, нанесення МПМ армованого порошком марки ВК6 і проточування на глибину 0,06 мм з наступною БУФО Таблиця 6Енергія розряду, Wр, ДжПродуктивність, Q см2/хвЗагальна глибина зміцненого шару, hш, мкмТвердість, HVШорсткість, мкмСталь 40Х0,60,2469950,22,8365510100,36,890310600,5Сталь 30X130,60,24510050,22,8361810550,46,885111100,6Сталь 12X18Н10Т0,60,2449900,22,8319410200,36,824511300,5 Параметри якості поверхневих шарів зразків сталі 40Х, 30X13 і 12X18Н10Т після ЦЕІЛ, нанесення МПМ армованого порошком нітриду цирконію і проточування на глибину 0,06 мм з наступною БУФО Таблиця 7Енергія розряду, Wр, ДжПродуктивність, Q см2/хвЗагальна глибина зміцненого шару, hш, мкмТвердість, HVШорсткість Rа, мкмСталь 40Х0,60,247 9970,22,8365710180,36,890610800,5Сталь 30X130,60,24610150,22,8361910750,46,885211210,6Сталь 12X18Н10Т0,60,2459950,22,8319510250,36,824711330,5 В результаті аналізу таблиць 5-7 встановлено, що товщина зміцненого шару сталі 40Х, 30X13 і 12X18Н10Т після ЦЕІЛ, нанесення МПМ армованого порошком нікелю, вольфрамовим порошком марки ВК6 і порошком нітриду цирконію і проточування різцем на глибину 0,06 мм, з наступною БУФО порівняно з поверхневим шаром цих сталей незначно зменшилась. Наприклад, для сталі 12X18Н10Т, після ЦЕІЛ з Wр=6,8 Дж і Q=0,2 см2/хв зменшилась з 250 мкм до 244, 245 і 247 мкм, відповідно після нанесення МПМ, армованого порошком нікелю, вольфрамовим порошком марки ВК6 і порошком нітриду цирконію, а твердість, навпаки, незначно збільшилась з 1101 HV до 1120, 1130 і 1133 HV. Шорсткість поверхні зменшилась з 14,5 до 0,5 мкм.