боты наплавленных деталей, зависят от способа наплавки, свойств наплавочного материала и точности выполнения технологии наплавки. Толщину наплавленного слоя устанавливают в зависимости от условий работы деталей и глубины износа поверхностей. Для деталей, работающих на истирание, она не должна превышать 4 мм, для рабочих поверхностей инструмента – 3 мм, для деталей, работающих в условиях небольших ударных нагрузок, – 2 мм. Твердость наплавленного слоя может находиться в пределах HRC 45-65, а теплостойкость – в
пределах 1000-3000 °С.
Наплавку специальными электродами проводят не более чем в три слоя. Наплавку чугунных деталей производят только в один слой. В настоящее время применяют много способов наплавки рабочих поверхностей деталей машин. В принципе, они не отличаются от известных способов сварки.
Наиболее широкое распространение получила автоматическая вибродуговая наплавка, осуществляемая на наплавочных машинах различных конструкций. Применение при вибродуговой наплавке флюсов или защитных газов обеспечивает получение более качественного наплавленного слоя. Улучшение качества и повышение производительности достигается при ведении наплавки с несколькими проволочными или ленточными электродами.
Способ вибродуговой наплавки применяют для повышения износостойкости и долговечности деталей машин, работающих в условиях циклических нагрузок. К числу таких деталей относятся валы, оси различных узлов машин, крестовины карданов, фланцы, муфты, шпиндели станков и пр. Этот способ наплавки также применяют при ремонте машин для восстановления изношенных валов электродвигателей, деталей подвижного состава железных дорог, дорожных и строительных машин, энергетического, горного и судового оборудования.
Индукционная наплавка осуществляется путем нагрева детали и плавления шихты, нанесенной на ее поверхность в поле индуктора высокочастотной установки. Шихта представляет собой смесь порошка наплавочного материала и флюсов. При таком способе нагрева необходимо, чтобы наплавочный материал обладал минимальной магнитной проницаемостью и имел температуру плавления на 150200 °С ниже температуры плавления основного металла. К таким материалам относятся сормайт, ФБХ-6-2, псевдосплавы ПС-4, ПС-5, обладающие хорошими наплавочными свойствам и высокой износостойкостью. В качестве флюса применяют смесь, состоящую из
80
60,4 % борной кислоты, 34 % буры, 5,6 % силикокальция, или смесь, состоящую из 58,5 % борного ангидрида, 29,3 % буры обезвоженной и 12,21 % силикокальция. При наплавке псевдосплавов добавляют до 10 % фтористого кальция; флюс АН-348 вводят для улучшения шлакообразования. Индукционная наплавка может осуществляться с односторонним и двусторонним нагревом. В первом случае деталь нагревается внешним полем индуктора, а во втором – детали помещают во внутреннее поле индуктора.
Методом индукционной наплавки можно наплавлять плоские поверхности деталей и внутренние цилиндрические поверхности слоем сплава толщиной 0,3...2,5 мм, наружные цилиндрические поверхности
– слоем толщиной до 1 мм. Индукционная наплавка обеспечивает равномерность химического состава и механических свойств наплавленного слоя, а также относительно высокую чистоту поверхности по 3-5 классу. Плазменная наплавка основана на использовании тепла плазменной струи, представляющей собой поток ионизированных частиц газа, обладающих большим запасом энергии.
При свободном горении электрической дуги температура достигает 5000-6000 °С. Если принудительно сжать дугу, то можно значительно повысить температуру. Это явление используется для получения плазменной струи. Пропуская дугу совместно с защитным газом (водород, азот, аргон) через охлаждаемое водой сопло, ее сжимают и достигают ионизации потока газа. При этом температура ионизированного потока газов (плазмы) достигает 18000 °С.
Чаще всего плавку ведут дугой прямого действия, когда дуга горит между вольфрамовым электродом и деталью. В качестве наплавочного материала могут быть использованы проволока, металлокерамические присадочные кольца, крупка или гранулы порошковых сплавов.
Особенность плазменной наплавки заключается в возможности наплавки тугоплавких материалов при незначительном проплавлении основного материала. Это обеспечивает сохранение заданных физикомеханических свойств наплавляемого материала.
Плазменную наплавку применяют для нанесения жаропрочных материалов на рабочую поверхность клапанов двигателей внутреннего сгорания, наплавки антифрикционных материалов на детали узлов трения, на рабочие поверхности арматуры для пара с высокой температурой и давлением.
Разнообразие существующих методов наплавки рабочих поверхностей деталей машин и большой ассортимент наплавочных материа-
81
лов, обладающих различными физико-химико-механическими свойствами, обязывают конструкторов и технологов учитывать условия работы деталей в эксплуатации, особенности их изготовления в условиях производства, а также возможности их ремонта. Это необходимо для того, чтобы выбрать такой вариант обработки, который обеспечит наиболее высокие технико-экономические показатели. Эти показатели определяются степенью повышения долговечности деталей в результате принятой обработки, производительностью процесса, стоимостью применяемых материалов и оборудования.
Правильно выбранный наплавочный материал и способ его нанесения, в первую очередь, должны обеспечить устранение причин, вызывающих повышенный износ, повреждаемость или какой-либо другой процесс разрушения деталей. Так, например, для снижения интенсивности абразивного изнашивания необходимо максимальное повышение твердости рабочих поверхностей деталей, для устранения теплового изнашивания – повышение теплостойкости, а для предупреждения повреждаемости в результате развития процесса схватывания необходимо вести наплавку материалом, обладающим малой склонностью к схватыванию, а также способностью образовывать прочные пленки окислов. В случае контакта одноименных материалов плавка может оказаться полезной технологической операцией, устраняющей развитие процесса схватывания.
8.3. Ремонт деталей металлизацией
Способ металлизации напылением заключается в нанесении на заранее подготовленную поверхность слоя распыленного металла. Металл распиливается на мельчайшие частицы и переносится на поверхность с помощью струи сжатого воздуха или инертного газа. Металлизацией наращивают изношенные поверхности деталей (коленчатых валов, осей и др.), исправляют раковины и поры литья.
Восстановление металлизацией обладает преимуществами пред другими способами. Можно наращивать слой до 10 мм. Слой обладает высокой твердостью и микрокапиллярной пористостью. Структура металла детали не изменяется. Способ металлизации напылением обходится намного дешевле наплавки и хромирования.
Технологический процесс металлизации состоит из трех этапов: подготовки поверхности, нанесения покрытия и последующей обработки. Подготовка детали включает предварительную очистку, нара-
82
щивание поверхности, придание правильной геометрической формы и создание шероховатости. Целесообразно создавать шероховатость специальным накатным диском с зубьями, имеющими пирамидальный профиль. Шейки коленчатых валов обрабатывают электрическим способом. Не подлежащие металлизации поверхности защищают пергаментной бумагой, картоном или экраном из листового железа. Отверстия защищают деревянными или резиновыми пробками. Не допускается длительный разрыв между подготовкой и металлизацией. При металлизации частицы металла окисляются и насыщаются азотом.
Прочность сцепления частиц распыленного металла с поверхностью можно повысить путем подбора напряжения, тока и давления сжатого воздуха. Повышение твердости покрытия объясняется резким охлаждением частиц при контактировании с деталью и наклепом ранее осевших частиц последующими. Сжатый воздух сдвигает расплавленные поверхностные слои металла к концу проволоки. Эти частицы непрерывно снимаются и уносятся воздушным потоком. В полете частицы металла имеют форму шаров. Размеры частицы определяются величиной давления воздуха. Скорость полета частиц увеличивается при повышении давления. Поворотные кулаки и оси балансиров подвески восстанавливают высокочастотной металлизацией. Металлизацией можно получать псевдосплавы на железной основе.
Наращивание и упрочнение деталей электроискровым способом
Электроискровая обработка получила широкое применение в металлообрабатывающей промышленности. Отличается тремя характеристиками: беспроводным приложением электроэнергии к металлу, отсутствием обрабатывающего инструмента, отсутствием сложного и громоздкого оборудования. Электроискровая обработка заключается в упрочнении и наращивании деталей путем нанесения одного металла на другой. Наращивание осуществляется по схеме обратной полярности тока: электрод-инструмент подключается на анод, а наращиваемая деталь – на катод. Наиболее эффективно применять электроискровое наращивание для деталей с невысокой чистотой поверхности. Процесс электроискрового упрочнения и наращивания осуществляется в результате переноса токопроводящих веществ с анода на катод. Перенос происходит в ионно-электронном потоке, обладающем высоким давлением и очень высокой температурой. При таких условиях частицы вещества во время переноса переходят в газообразное и атомарное состояние. Соприкасаясь с металлом, переносимые веще-
83
ства образуют высоколегированный слой. В большей части частицы диффундируют в металлическую решетку детали, образуя в ней карбиды и нитриды. В образовании нитридов участвует азот воздуха, а в образовании карбидов – углерод в материале детали и электрода. В наращиваемом слое и в основном металле образуется структура мартенсита.
Электроискровое наращивание деталей производят ручным или механизированным способом. Для механизированного наращивания требуется дополнительное оборудование. При упрочнении детали вручную можно работать на восьми рабочих электродах. При механизации значительно улучшается качество слоя. Цилиндрические детали рекомендуется наращивать механизированным способом. Наибольшая износостойкость достигается при применении электродов из феррохрома и ферробора. Методом электроискрового наращивания ремонтируют чашки дифференциалов, боковые крышки редукторов, ступицы передних и задних колес, стаканы ведущих шестерен задних мостов и поворотные кулаки.
Ремонт деталей способом гальванического наращивания
Для повышения изностойкости рабочих поверхностей применяют гальванические покрытия. Большое внимание оказывается гальваническому методу наращивания изношенных деталей. Осаждение металла на катоде является процессом кристаллизации. Металлы, полученные путем электролиза, приобретают мелкокристаллическую структуру с искаженной кристаллической решеткой. Такой металл отличается твердостью, сопротивлением отрыву и износостойкостью. Электролитический хром обладает высокой твердостью (400-1200 НВ), низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. Хром плохо смачивается жидкостями, обладает низким коэффициентом линейного расширения, теплопроводность хрома выше теплопроводности черных металлов.
При ремонте применяют твердое, пористое и антикоррозийное хромирование. Хром электролитически осаждают из растворов хромовой кислоты в присутствии серной кислоты. Хромовая кислота получается в результате растворения хромового ангидрида в воде. Твердое износостойкое хромирование имеет преимущества: повышенную твердость покрытия, большой выход по току, меньшие потери хромового ангидрида при работе, невысокое разрушение изоляции. Хромирование ведется с нерастворимым свинцовым анодом. При этом на
84