Повышение качества деталей машин нанесением покрытий

  Ниже указаны материалы, применяемые для покрытия деталей и температура, °С, заготовки перед напылением. Полиэтилен:

высокого давления      180 — 200

низкого давления     200 — 220

Полипропилен      220 — 240

Фгоропласт-3       260 — 270

Фторопласт-4      280 — 300

  Процесс нанесения напылением пластмасс аналогичен процессу металлизации напылением, отличаясь от него лишь нагревом заготовок до указанной температуры.

  Защитные покрытия обычно делают многослойными. Толщина покрытия зависит от назначения детали и напыляемого материала. При использовании полиэтилена хорошую защиту от коррозии дает покрытие толщиной 0,25—0,35 мм, при использовании фторопласта-3 — покрытие толщиной 0,18—0,25 мм. Чтобы придать поверхности шероховатость, необходимую для лучшего сцепления с покрытием, и очистить ее от окалины, поверхность подвергают дробеструйной обработке, после чего очищают от пыли, масляных пятен и других загрязнений, а затем фосфатируют. Поверхности заготовки, не подлежащие покрытию, защищают металлической фольгой, жестью и другими материалами, а отверстия закрывают пробками. Перед напылением заготовки нагревают (до температуры на 30—50°С выше температуры плавления пластмассы) в шкафу, обогреваемом газом или электричеством, до температуры 400°С. Сильный перегрев заготовки приводит к разрушению пластмасс.

  Влажность порошка для напыления должна быть не более 0,3%, размер зерна не более 0,2 мм. Для окраски порошком полиэтилена в него добавляют 1 —1,5% пигмента и 1,5—4,0% двуокиси титана и перемешивают в шаровой мельнице до получения однородного цвета (в течение 40—60 мин.). Методом вихревого напыления можно наносить и многослойные покрытия. Для этого рядом с нагревательным шкафом располагают две установки для напыления, содержащие соответствующие порошки, и напыляют слой сначала одного, а затем другого порошка. Оплавление и охлаждение обычные.

  Вихревым и эжекционным напылением можно покрывать детали из различных металлов и их сплавов (сталь, чугун, алюминий), из керамики и других материалов, выдерживающих нагрев до температуры 300— 500^СС (табл. 4.100).

Пластмассы для покрытия деталей вихревым и эжекционным

способами 

  В последнее время для повышения надежности и долговечности деталей машин все более широко применяют наплавку на рабочие поверхности деталей из металла с высокими эксплуатационными свойствами.

  Газовой наплавкой упрочняют детали автомобилей, тракторов и других машин, изготовленные из сталей 35, 40 и 45 (стартерные шестерни маховика, распределительные валики). Рекомендуется также упрочнять и восстанавливать этим способом детали из низко- и среднелегированных сталей 20Х, 20X3, 18ХГТ, ЗОХ, 35Х, 40Х (хромистых), 20ХН, 40ХН, 12ХНЗ (хромоникелевых) и 15ХФ (хромованадиевой): зубчатые колеса, валы коробок передач и трансмиссий, детали рулевого механизма. Детали из этих сталей в процессе изготовления, как правило, проходят полную термическую обработку и при ремонте теряют начальные свойства в результате нагрева при наплавке. Если повторная после наплавки термическая обработка невозможна или нежелательна, наплавку металла на такие детали проводят с охлаждением, опуская всю деталь, за исключением места, подвергаемого наплавке, в ванну с водой. При упрочнении наплавкой присадочный материал выбирают более износостойкий, чем основной, для повышения износостойкости деталей.

  Наиболее широко применяют газовую наплавку на рабочие поверхности инструментов из твердого сплава сормайт, дающего возможность получать наплавленные слои толщиной 0,5 мм и более. Сормайт часто наплавляют с помощью ацетилено-кислого пламени. В качестве основного металла для наплавки сормайта рекомендуются углеродистые стали, особенно У8А. Его можно наплавлять на легированные инструментальные (5ХНМ, ЗХВ8, 4ХВС) и низколегированные конструкционные (40ХН, 40Х) стали.

  При наплавке деталей углеродистыми и низколегированными сталями допускается значительное проплавление основного металла детали, а при наплавке сормайтом допустимо расплавление лишь на глубину в несколько десятых долей миллиметра, иначе происходит смешение основного и наплавляемого металлов, изменение химического состава и ухудшение свойств наплавленного слоя.

  Толщину наплавленного слоя устанавливают в зависимости от условий работы детали и глубины износа поверхности. По данным отдела сварки ЦНИИТМАШа, для деталей, работающих на истирание, толщина слоя не должна превышать 2,5—4 мм, для режущих кромок инструмента 1,5—3 мм, для деталей инструмента, испытывающих небольшую ударную нагрузку, 2 мм. При ручной наплавке колебание толщины слоя может быть в пределах 0,25—0,5 мм.

  Сормайтом № 1 чаще наплавляют слой толщиной 0,5—5 мм и лишь иногда (например, для ножей бесцетрово-шлифовальных станков и линеек прокатных станов при ширине поверхности не менее 10мм) толщиной 12—16мм. Толщина слоя сормайта № 2 обычно 1,5—3,5 мм, а в отдельных случаях 7—10 мм. Покрытие толщиной больше 1,5 мм обычно получают из нескольких слоев, так как при покрытии в один слой сплав перемешивается сосновным металлом. Если износ детали больше допустимой толщины наплавки сормайтом, на поверхность предварительно наплавляют присадочный материал, близкий по свойствам к основному металлу детали, и только после этого — слой сормайта. Для уменьшения деформирования детали при наплавке применяют различные приспособления, в частности пластины из красной меди, подкладываемые под деталь для отвода тепла. Для получения наплавленной поверхности с ровной кромкой по бокам детали устанавливаютугольные или графитовые пластины, а для предохранения отверстий от затекания сплава вставляют графитовые или угольные стержни. Чтобы сохранить основные размеры детали, часто приходится снимать с поверхности, подлежащей наплавке, по всей ее ширине фаски толщиной, равной толщине слоя наносимого сплава. При наплавке металла на режущие кромки нельзя делать выточку или снимать фаску под углом 45°, так как это приводит к непровару в прямых и острых углах, а также к выкрашиванию.

  Наплавку сормайтом деталей строительных и дорожных машин, где требуется высокая износостойкость, можно производить электродуговым способом на постоянном и переменном токе. В этом случае производительность выше, но качество покрытия хуже. Кроме того, присадочный материал (пруток сплава диаметром 5—6 мм) должен быть покрыт обмазкой толщиной 1,4—1,9 мм. Обычный состав обмазки: 46% мрамора, 33% плавикового шпата, 4% металлического марганца, 10% алюминия, 2% серебристого графита, 5% феррохрома, 3,0—3,5% стекла (от веса сухой смеси), 1,5% бентонита (от веса сухой смеси).

  Повышение износостойкости деталей машин в значительной степени зависит от соответствия присадочного материала материалу детали, а также от точного выполнения технологии наплавки.

  Повышение износостойкости наплавленных слоев достигается различными способами. Легирование металла, наплавленного под флюсом, можно производить легированной проволокой при обычном флюсе; специальной проволокой (с легирующим порошком внутри); специальным флюсом; покрытием поверхности пастой и порошком.

  Электродные материалы и флюсы, наиболее часто применяемые при механизированной наплавке, указаны в табл. 4.101. Металл с высокой износостойкостью часто наплавляют, используя высоколегированную проволоку, изготовляемую из листовой стали 08, свернутую в трубку и заполненную порошковой шихтой, представляющей собой смесь ферросплавов и других материалов. 

Электродные материалы и флюсы, применяемые при механизированной наплавке 

  Широко распространена полуавтоматическая и автоматическая наплавка с применением порошковой проволоки. Механизированной наплавкой упрочняют детали из мало-, среднеуглеродистых и низколегированных сталей, а также некоторые детали из серого чугуна. Наплавку под слоем флюса применяют для деталей, подвергающихся и не подвергающихся последующей термической обработке. Закаленные детали перед наплавкой не требуют термической обработки.

  Износостойкость прокатных валков из стали 60ХГ, покрытых сталью ЗХ2В8, в 2—4 раза выше износостойкости закаленных валков без наплавки. Износостойкость наплавленного под флюсом ЖС-320 металла валков из стали 55Х составляет 180—200% износостойкости основного металла. Стойкость опорных катков, наплавленных проволокой ЗОХГСА под флюсом АН-348-А, в 5 раз выше, чем стойкость катков, наплавленных электродом с меловой обмазкой. Поверхностная закалка позволяет увеличить стойкость еще в 2 раза.

  Электрошлаковая наплавка основана на выделении теплоты в расплавленном флюсе под действием электрического тока. Процесс обычно сочетается с принудительным формированием поверхности металлической ванны кокилем, подкладкой или ползуном. Высоколегированный наплавленный слой получают главным образом за счет присадочного металла (проволоки, проката, отливок, порошковой и электродной проволоки). Электрошлаковая наплавка имеет следующие преимущества перед дуговой: уменьшается (с 30—40 до 10—15%) доля основного металла в наплавленном слое; снижается расход флюса; лучше   используется   электроэнергия;   увеличивается   коэффициент наплавки (до 20—25 г/ (А- ч)); не приходится удалять шлаковую корку, так как наплавку обычно ведут в один проход. Принудительное формирование наплавленного слоя позволяет сокращать припуски на механическую обработку; уменьшается вероятность образования пор и шлаковых включений (легче удаляются газы и всплывают примеси). Меньшие скорости охлаждения и лучшие условия кристаллизации способствуют понижению склонности металла к образованию горячих трещин, так что иногда удается наплавлять высококачественные слои при содержании углерода в наплавленном металле до 1,5—2%. В большинстве случаев отпадает надобность в предварительном подогреве металла, так как в процессе наплавки он достаточно нагревается.

  Этот способ наплавки целесообразен там, где необходимо наплавлять большое количество металла и при больших партиях деталей. Поверхности деталей могут быть плоские и цилиндрические. 

Напыление материала 

  Металлизация напылением заключается в том, что на заранее подготовленную поверхность любой формы наносят металлическое покрытие путем распыления жидкого металла струей сжатого воздуха. Для этого используют специальные аппараты — металл изаторы. В зависимости от источника теплоты, используемого для расплавления металла, различают газовую, электрическую и плазменную металлизацию. Первая (источник теплоты — газовое пламя) широко распространена за рубежом. В нашей стране чаще применяют электрическую металлизацию (источник теплоты — электрическая дуга). Металл может подаваться в аппарат в виде проволоки, порошка или ленты.

  Наряду с газовой металлизацией и электрометаллизацией начинают применять плазменное напыление металлов. Ввиду высокой температуры плазмы становится возможным напыление тугоплавких металлов и керамики. В промышленности используют следующие установки для нанесения материалов на внутренние и наружные поверхности деталей машин: электрометаллизаторы ЭМ-3, ЭМ-6, ЭМ-9 для распыления проволоки; МНП-1-57 — для напыления оксида алюминия в виде специальных стержней; УПН-5-60 — для напыления порошкового материала; УПР-1-59 — для напыления тугоплавких и высокодисперсных материалов (оксида алюминия, дисилицида молибдена); УПМ-1-61 —для плазменного напыления.

  Подробно оборудование, технологические процессы и применение металлизации напылением для повышения долговечности и надежности машин описаны во многих работах. При назначении способа металлизации следует учитывать его достоинства и недостатки.

  К достоинствам металлизации относят возможность наращивать на шейки валов машин, станины станков и другие детали слои стали толщиной 1,5 мм и более с требуемыми физико-механическими свойствами. Нанося слои металлов со специальными свойствами, можно повысить не только износостойкость деталей, но и другие эксплуатационные свойства, например, жаро- и коррозионную стойкость. Первоначальные свойства основного металла вследствие незначительного нагрева в процессе напыления не изменяются. К достоинствам металлизации следует также отнести сравнительную простоту и малую стоимость этого способа упрочнения.

  Основные недостатки металлизации: хрупкость нанесенного слоя; не всегда достаточная прочность сцепления с основным металлом; снижение механической и особенно усталостной прочности деталей из-за уменьшения размеров и нарушения целости их рабочей поверхности при подготовке к металлизации и трудность последующей механической обработки. Данные о применении и режимах газовой металлизации приведены в табл. 4.102.