Разработка комбинированной технологии обработки поверхности стальных изделий электролитно-плазменным химико-термическим упрочнением и полированием

Изучены трибологические и коррозионные свойства поверхности стальных образцов после диффузионного насыщения в режиме высокотемпературного стационарного нагрева и последующего электролитно-плазменного полирования при условиях и в электролитах, рассмотренных в первый и второй год реализации проекта. Показано, что различия в характере изменения структурно-фазового состава, морфологии поверхности и ее шероховатости при полировании сталей после анодного насыщения в зависимости от условий предварительного диффузионного насыщения и условий полирования влияют на изменение коэффициента трения и массового износа при трибологических испытаниях, плотность тока коррозии и потенциал коррозии при коррозионных испытаниях. Определены составы электролитов и режимы полирования, позволяющие повысить износостойкость и коррозионную стойкость сталей, которые подвергались диффузионному насыщению азотом, углеродом и бором с последующей закалкой. Интенсивность изнашивания после комбинированной обработки уменьшается до 80 раз по сравнению с необработанной сталью за счет образования твердого мартенситного слоя после диффузионного насыщения и хорошей прирабатываемости плотной части оксидного слоя, оставшейся после полирования, которая при сниженной шероховатости поверхности благоприятствует снижению коэффициента трения. Плотность тока коррозии после комбинированной обработки уменьшается в несколько раз по сравнению с необработанной или диффузионно-модифицированной сталью за счет удаления рыхлой части оксидного слоя при полировании, который приводит к увеличению пористости и способствует адсорбции коррозирующих агентов. Прочностные испытания показали, что электролитно-плазменная обработка, включающая диффузионное насыщение и полирование, без выявления зависимостей условий обработки позволяет увеличить условный предел прочности в 2 раза без ухудшения вязкости материала в сравнении с объемной закалкой. Разработан макет для испытаний резьбовых соединений (пара болт-гайка) на износ при циклической работе. Определен ресурс резьбовой пары при различных комбинациях обработки. Сравнение различных комбинаций упрочнения болтов и гаек показали, что наибольшим ресурсом обладает пара, состоящая из необработанного болта и гайки, бороазотированной и подвергнутой последующему полированию в растворе сульфата аммония в условиях естественной конвекции электролита. В этом случае износостойкость пары болт-гайка при циклической работе с постоянной нагрузкой увеличивается в 43 раза по сравнению с необработанной парой. Разработан макет для испытаний резьбовых соединений (пара болт-гайка) на прочность при кручении. После вышеуказанной обработки резьбовой пары прочность резьбового соединения увеличивается в 1,5 раза. Анализ зависимостей характеристик измененной поверхности от состава электролита и режимов электролитно-плазменного полирования позволили определить рекомендуемые концентрации компонентов электролитов и режимы полирования, обеспечивающие снижение шероховатости, повышение износостойкости и коррозионной стойкости поверхности при сохранении прочностных характеристик поверхности. С учетом получаемых поверхностных свойств разработаны технологические рекомендации по комбинированной обработке. На основе полученных сведений о механизме и технологических характеристиках комбинированной электролитно-плазменной обработки предложены совокупность операций, параметры и система управления технологическим процессом комбинированной обработки изделий из металлов и сплавов, обеспечивающих повышение их эксплуатационных характеристик. Для повышения долговечности и эффективности рабочих электролитов и повышения эксплуатационных свойств изделий предложено техническое решение в виде модернизации в установке для камеры электролизера с уловителем отходящих газов и их подачей в электролит. Установленная система поглощения отходящих газов позволяет избежать их попадание во внешнее среду и увеличить производительность и срок службы электролитов.