Методы ремонта деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Метод газотермического напыления

ремонт деталь износостойкий металл

Газотермическое напыление (англ. Thermal Spraying) - это процесс нагрева, диспергирования и переноса конденсированных частиц распыляемого материала газовым или плазменным потоком для формирования на подложке слоя нужного материала. Под общим названием газотермическое напыление (ГТН) объединяют следующие методы: газопламенное напыление, высокоскоростное газопламенное напыление, детонационное напыление, плазменное напыление, напыление с оплавлением, электродуговая металлизация и активированная электродуговая металлизация.

Газопламенное напыление - наиболее доступный из методов газотермического напыления.

Металлический либо полимерный порошковый, проволочный либо шнуровой материал подается в пламя ацетилен - кислородной либо пропан - кислородной горелки, расплавляется и переносится сжатым воздухом на поверхность изделия, где, остывая, формирует покрытие. Метод прост в освоении и применении, может применяться как в ручном, так и в автоматизированном режиме.

С помощью газопламенного напыления наносят износостойкие и коррозионно-стойкие покрытия из железных, никелевых, медных, алюминиевых, цинковых сплавов, баббитовые покрытия подшипников скольжения, электропроводные покрытия, декоративные покрытия. Широко применяется для восстановления геометрии деталей насосно-компрессорного оборудования, крышек и валов электродвигателей, нестандартного оборудования.

Покрытия, полученные газопламенным напылением, отличаются пористостью в 2-10 %, могут обрабатываться резанием либо шлифованием.

Принцип газотермического напыления достаточно прост: материал, который должен быть нанесен на поверхность детали, пластифицируется в источнике тепла и распыляется высокоскоростным потоком сжатого воздуха или струей газа. При ударе о шероховатую поверхность детали мельчайшие частицы, имеющие еще температуру, равную температуре плавления, деформируются и, внедряясь в поры и неровности детали, образуют покрытие.

Газотермическое напыление. Этот вид напыления характеризуется своей простотой, технологической доступностью и компактностью. Газотермическое напыление дает стойкие антикорозионные, жаростойкие, электроизоляционные, износостойкие покрытия. Существуют дуговые и газоплазменные способы нанесения покрытий. Дуговые способы покрытия энергетически выгодны, однако пригодны лишь для распыления металлических стержней. Для порошковых материалов приемлем только газопламенный способ. Перед началом напыления поверхность деталей необходимо очищать механическим, а если потребуется, то и химическим путем [7].

2. Метод электродуговой наплавки

Наплавка покрытий - это процесс нанесения покрытия из расплавленного материала на разогретую до температуры плавления поверхность восстанавливаемой детали.

Покрытия, полученные наплавкой, характеризуются отсутствием пор, высокими значениями модуля упругости и прочности на разрыв. Прочность соединения этих покрытий с основой соизмерима с прочностью материала детали.

Если в машиностроительном производстве наплавку применяют для повышения износостойкости трущихся поверхностей, то в ремонтном производстве - в основном для проведения последующих работ по восстановлению расположения, формы и размеров изношенных элементов. Восстановительная наплавка при этом обеспечивает также получение новых свойств поверхностей: коррозионной, эрозионной, кавитационной износо-, жаростойкости и др.

Подготовка материалов и заготовок к наплавке:

Перед наплавкой очищают и прокаливают наплавочные материалы, обрабатывают поверхности деталей и при необходимости предварительно нагревают их.

Для получения высококачественного покрытия поверхности электродов и детали перед наплавкой очищают, чтобы полностью удалить загрязнения (влагу, масло, пыль, ржавчину). Поверхности очищают растворами ТМС и органическими растворителями (ацетон). Для удаления ржавчины и мелких трещин применяют дисковые и ленточные инструменты из абразивных материалов или проводят дробеструйную обработку.

С помощью предварительной обработки удаляют трещины, следы изнашивания, упрочненные слои и др.

Наплавочные материалы прокаливают для удаления влаги, которая может быть источником водорода, диффундирующего в наплавленный слой и зону термического влияния, где вследствие водородной хрупкости возникают холодные трещины.

Предварительный нагрев изделия непосредственно перед наплавкой предотвращает растрескивание наплавленного слоя. Нагрев ведут в печах, газовыми горелками или ТВЧ.

При недостаточной температуре подогрева могут возникнуть трещины, а чрезмерный нагрев снижает скорость охлаждения и увеличивает глубину проплавления основного металла, что не обеспечивает требуемой твердости наплавленного металла. Правильный выбор температуры предварительного нагрева особенно важен при наплавке твердых материалов [7].

3. Износостойкие покрытия

Проблема повышения износостойкости пар трения приобретает все большую актуальность в связи с необходимостью повышения качества, надежности и долговечности современных машин. Большинство машин и механизмов выходит из строя вследствие изнашивания деталей пар трения -- подшипников качения и скольжения, зубчатых передач, уплотнений, шлицевых соединений, направляющих и т. д. Одним из наиболее эффективных и экономичных путей повышения долговечности деталей, работающих в условиях контактной усталости и истирания, является создание на трущихся поверхностях прочных износостойких слоев, позволяющих резко увеличивать усталостную прочность, коррозионную стойкость и износостойкость материалов. Толщина наносимого покрытия или упрочняемого слоя зависит от режимов работы узла трения, его назначения, преобладающего вида изнашивания и величины допустимого износа. Толщина покрытия может изменяться в широких пределах: от долей микрометров -- для износостойких покрытий газодинамических подшипников скольжения до нескольких миллиметров -- в случае металлизации деталей при восстановительном ремонте техники.

Очевидно, что упрочнение тонкого поверхностного слоя массивной детали является прогрессивным направлением в технологии машиностроения, так как позволяет экономить дорогостоящие легированные стали, цветные металлы и другие дефицитные материалы, повышать ресурс и надежность механизмов, снижать энергоемкость производства, успешно решать проблему восстановительного ремонта в целях повторного использования изношенных деталей и т. д. Из большого числа известных методов упрочнения металлических поверхностей наибольший интерес представляют современные прогрессивные методы, нашедшие применение на практике как методы эффективной борьбы с наиболее распространенными видами поверхностной усталости и изнашивания, обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами объемного и поверхностного упрочнения.

Поверхностную обработку металлов с целью повышения износостойкости можно производить двумя путями: 1) нанесением защитного слоя или покрытия каким-либо из методов осаждения покрытий; 2) преобразованием поверхностного слоя металла химическим путем либо диффузионным насыщением поверхности, т. е. методами химико-термической обработки (ХТО), а также новыми методами электронно-лучевой и лазерной закалки и другими, менее распространенными методами, например методом магнитно-электрического упрочнения.

В узлах трения деталей машин, как правило, одновременно действует несколько механизмов изнашивания: адгезионный, абразивный, окислительный, коррозионно-механический и др. Обычно можно выделить один вид изнашивания, играющий главенствующую роль. Наиболее опасный вид изнашивания -- абразивный -- часто возникает под воздействием пыли, инородных частиц и загрязнений, попадающих в узлы трения машин из окружающей среды.

Для повышения абразивной износостойкости сплавов необходимо повышать твердость и пластичность. Поверхностное пластическое деформирование (наклеп), повышая твердость, усталостную прочность и износостойкость при адгезионном и окислительном изнашивании, не приводит к увеличению износостойкости при абразивном воздействии, так как одновременно с упрочнением поверхностные слои металла могут приобретать хрупкость.

Наиболее перспективны для защиты от абразивного, особенно ударно-абразивного изнашивания, плазменные, а также детонационные покрытия из карбидов и твердых металлов, обладающие высокой прочностью сцепления с основой и высокой вязкостью разрушения. Эти покрытия, отличаясь высокой жаропрочностью, успешно применяются в условиях высоких температур [8].

4. Химико-термические методы упрочнения поверхности

Легированные стали, обладающие высокой износостойкостью и контактной прочностью, а также жаропрочные стали, применяемые в узлах трения, работающих при повышенных температурах, дороги из-за высокого содержания легирующих элементов. Экономически более выгодно применение низколегированных и углеродистых сталей, подвергнутых соответствующей ХТО.

По характеру процесса и получаемым результатам методы ХТО металлов делятся на две группы применяемая для повышения износостойкости за счет увеличения поверхностной твердости трущихся деталей -- цементация, азотирование, цианирование, борирование и другие процессы.

Эти виды ХТО применяют в первую очередь для повышения сопротивления абразивному изнашиванию; предназначенная для улучшения противозадирной стойкости металлов за счет создания тонких поверхностных слоев, обогащенных химическими соединениями с активными элементами и предотвращающих схватывание и задир при трении. К таким видам ХТО относятся сульфидирование, суль-фоцианирование, селенирование, теллурирование, обработка в иодисто- кадмиевой соляной ванне.

При этих видах обработки поверхностная твердость не увеличивается, но улучшаются антифрикционные и противозадирные свойства. Снижение коэффициента трения происходит в среднем в 2 раза, а повышение противо- задирной стойкости в 5 - 10 раз.

Химическое оксидирование получило распространение в целях повышения износостойкости алюминиевых и титановых сплавов [8].

5. Металлизация напылением

Значительная часть технологических задач, связанных с необходимостью понижения износостойкости, коррозионной стойкости, жаропрочности, восстановительного ремонта и других, может быть решена при использовании методов металлизации напылением, включающих газопламенную металлизацию, электродуговую, плазменную, высокочастотную индукционную металлизацию и детонационное напыление покрытий.

Методы металлизации напылением получают в настоящее время все более широкое распространение благодаря своим широким техническим возможностям. Напылением можно наносить различные покрытия на детали из самых разных материалов (металлы и сплавы, оксиды, карбиды, бориды, стекло, фарфор, органические материалы). Напыление можно осуществлять как на большой площади, так и локально, на небольших участках крупногабаритных конструкций. Можно напылять различные материалы в несколько слоев, получая покрытия со специальными свойствами. Основной материал, на который напыляется покрытие, не испытывает при этом значительного термического влияния.

Из существующих методов напыления наибольшими возможностями обладают методы плазменного и детонационного напыления. Наиболее часто плазменное напыление используют для нанесения тугоплавких покрытий, таких, как окись алюминия, W, Мо, Nb, интерметаллиды, силициды, карбиды, бориды и т. д. Плазменные горелки позволяют получать плазменную струю, средняя температура которой на выходе из сопла составляет несколько тысяч градусов. Такая температура достаточна для расплавления любых веществ, существующих в твердом состоянии. Температуру струи можно регулировать в широких пределах, производя напыление различных материалов. К недостаткам плазменных и других методов напыления относятся отсутствие необходимой плотности и равномерности покрытий и недостаточно прочное сцепление покрытий с основой.

Существенным преимуществом детонационного напыления является незначительный нагрев покрываемой детали и распыляемых частиц. Метод позволяет наносить покрытия на любые материалы твердостью HRC < 60 (стали, чугун, Аl, Сu, латунь, бронзу, Mo, Ti, Be, Ni, стекло, керамику, графит, бумагу и др.). Получаемые при этом покрытия по плотности, прочности, жаропрочности, износостойкости значительно превышают аналогичные характеристики покрытий, получаемых методами плазменного и газопламенного напыления. Напыляемые износостойкие покрытия представляют собой напыленные порошковые твердые сплавы. Твердая составляющая сплава (карбиды) заключена в мягкую матрицу, препятствующую хрупкому разрушению зерен карбида. Оптимальную по износостойкости композицию составляет карбид вольфрама и кобальт. Микроструктура напыляемых покрытий оказывает влияние на абразивную износостойкость. Износостойкость повышается у сплавов с аустенитной матрицей при увеличении объема карбидов и возрастании их твердости.

Газопламенным методом наносят износостойкие самофлюсующиеся сплавы на железной и никелевой основах. Сплавы на железной основе в условиях обильного смазывания рекомендуются для восстановления деталей почвообрабатывающих, строительных, дорожных, горнодобывающих и других машин, узлы и детали которых работают в условиях абразивного изнашивания.

Размещено на Allbest.ru