Упрочнение деталий покрытиями. Технологические требования к упрочняющим покрытиям

Упрочнение деталей дополнительными покрытиями их поверхностей предназначено для защиты от коррозионного влияния сред, в которых происходит эксплуатация машин, и для придания изделиям эстетического внешнего вида. В качестве материалов для таких покрытий применяют масляные краски, лаки, нитрокраски, эмали, синтетические пластические материалы, цветные металлы и железо.

Способ нанесения покрытий зависит как от производственных условий, так и от физико-химических свойств материалов, применяемых для покрытия. Краски, лаки и эмали наносятся на покрываемые поверхности кистями или пульверизацией с последующим высушиванием покрытий в специальных сушильных камерах. Выбирают материал для покрытия и назначают толщину его слоя с учетом оптимального сочетания технико-экономических требований к качеству покрытий по его долговечности, эстетическому оформлению изделия и затратам на производство покрытий, пользуясь при этом нормативами коррозионной стойкости для каждого вида покрытия, удельными нормами расхода материалов на 1 м2
покрытия, стоимостью их по прейскурантам, нормативами комплексной трудоемкости производства покрытий.

Металлические покрытия применяются как для коррозионной защиты деталей и придания им внешнего вида в соответствии с требованиями промышленной эстетики, так и для повышения износостойкости.

Для нанесения металлических покрытий применяют следующие способы: гальванические, химические, металлизацию, напыление, электродуговую и газопламенную наплавки, электроискровое упрочнение.

Гальванические способы нанесения упрочняющих и защитных покрытий широко применяют во всех отраслях машиностроения благодаря сравнительной простоте обработки, возможности нанесения покрытий на детали без деформаций на конечных стадиях обработки, низкой удельной себестоимости покрытий по сравнению с себестоимостью покрываемых деталей, значительному (в несколько раз) повышению их долговечности.

Гальваническим способом на поверхности деталей наносятся медь, хром, никель, цинк и другие металлы.

Гальваническое хромирование применяют для повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей. При применении хромирования для защиты от коррозии поверхности деталей покрывают промежуточным слоем меди толщиной 0,03-0,05 мм и слоем никеля толщиной 0,015-0,02 мм или только слоем никеля, после чего наносят слой хрома толщиной 0,01-0,2 мм.

Для повышения износостойкости слой хрома толщиной 0,1-0,2 мм наносят непосредственно на обезжиренные и очищенные поверхности детали. Для этого предпочтительнее наносить слой хрома электролитическим способом.

Электролитический хром обладает высокой коррозионной стойкостью, низким коэффициентом трения, высокой твердостью (1000-1100 HV) и жаростойкостью.

Хромовые покрытия, снижая коэффициент трения, уменьшают тепловыделение и, следовательно, снижают температуру в зоне трения, повышая износостойкость деталей в 5-15 раз.

Детали из сталей с высоким содержанием вольфрама и кобальта, высокоуглеродистых сталей и высококремнистых чугунов хромировать не рекомендуется из-за слабого сцепления слоя хрома с основным металлом. Хромовые покрытия для повышения износостойкости поверхностей деталей могут выполняться матово-молочными, молочно-блестящими и блестящими в зависимости от применяемых режимов хромирования (температуры электролита и плотности тока).

После хромирования трущиеся поверхности деталей необходимо шлифовать, так как на нанесенном слое, особенно после анодной обработки, имеются выступы-бугорки высотой 0,005-0,008 мм. Толщина хромового покрытия после шлифования должна быть несколько больше допускаемого износа.

Осталивание — один из эффективных способов покрытия поверхностей деталей упрочняющим слоем. Для этого осаждают электролит, состоящий из раствора солей хлористого железа или железного купороса. В зависимости от состава электролита и режимов осаждения покрытий получаются мягкие покрытия с твердостью, соответствующей углеродистой незакаленной стали, и твердые, приближающиеся к твердости углеродистой закаленной стали (250-600 HV).

Основное преимущество осталивания заключается в большой прочности сцепления покрытия с основным металлом. Эти покрытия не отслаиваются даже при пластических деформациях. Осталивание применяется как при ремонте для восстановления размеров деталей, так и при изготовлении новых деталей. Себестоимость покрытия осталиванием в два- три раза ниже, чем хромированием. Толщина слоя после чистовой обработки должна быть не менее 0,3 мм.

Твердое никелирование применяется для повышения износостойкости трущихся поверхностей. Никелевые поверхности имеют меньшую твердость, чем хромовые, но обладают по сравнению с ними следующими преимуществами: сравнительно легко обрабатываются, имеют большую вязкость даже при больших толщинах слоя, коэффициент линейного расширения никеля близок к стали. Толщина покрытия после шлифования должна быть не менее 0,2 мм.

Борирование заключается в осуществлении дуффузии бора в поверхностный слой металла с образованием в нем борида железа, а при наличии углерода — карбидов бора. После борирования поверхностный слой обладает твердостью 2000-2500 HV. Толщина борированного слоя на низколегированной стали при температуре борирования 950 °С до 0,3 мм. Дальнейшее увеличение температуры приводит к возрастанию хрупкости.

Борированный слой не изменяет своих свойств при нагреве до 800 °С, прочность его сцепления с основным металлом такая же, как у цементованного слоя. Высокая твердость придает борированному слою высокую износостойкость, благодаря чему этот процесс эффективно применяется для упрочнения деталей машин, работающих в тяжелых абразивных условиях с ударными нагрузками. Примером таких деталей могут служить втулки буровых насосов, износостойкость которых после борирования увеличивается почти в четыре раза по сравнению со втулками, закаленными с нагревом ТВЧ без этой обработки.

Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости деталей применяют оксидирование и фосфатирование, заключающиеся в образовании на поверхностях деталей окисных пленок. При глубоком оксидировании могут быть образованы пленки толщиной 60 мк с микротвердостью 400-450 ед.

Наряду с гальваническим способом нанесения упрочняющих и защитных покрытий в машиностроении применяют также химические способы хромирования, никелирования, кобальтирования и др.

Сцепление покрытий, нанесенных химическими способами, прочнее, чем гальваническими. После термической обработки покрытий при температуре 350-450 °С прочность их сцепления с основным металлом еще более возрастает.

Химическое упрочнение рационально применять для деталей сложной формы, так как при нем усложнение геометрической формы деталей не вызывает, в отличие от гальванического, увеличения трудоемкости и себестоимости покрытий.

Упрочнение наплавлением материалов с более высокими износостойкими свойствами применяется для повышения долговечности деталей, работающих в условиях трения с большими удельными давлениями или в условиях активного абразивного изнашивания. К таким деталям относятся, например, шестерни стартеров, распределительные валики, колеса грузоподъемных кранов, грейферы, лопатки гидротурбин, прокатные валки.

Наплавка быстроизнашивающихся поверхностей позволяет повысить износостойкость деталей в несколько раз при затратах на наплавку, равных 5-15 % стоимости детали.

Надо отметить, что наплавка упрочнением пока применяется в значительно большей мере для восстановления изношенных деталей при ремонте машин и еще мало вводится в конструкции быстроизнашивающихся деталей новых машин.

Применяемые способы наплавки можно разделить на следующие основные виды: газопламенную, электродуговую ручную, электродуговую полуавтоматическую. Газопламенная и электродуговая ручная наплавки применяются в основном на ремонтных работах и в условиях единичного и мелкосерийного производств. В конструкциях деталей новых машин следует предусматривать полуавтоматическую и автоматическую наплавки.

В качестве наплавляемых материалов применяют специальные стержневые и порошковые электроды, а для плоских и криволинейных поверхностей — ленточные электроды. Толщину наплавленного слоя можно назначать в зависимости от износа, допускаемого эксплуатационными требованиями, — в диапазоне от 0,5 до 3 мм.

Металлизация, напыление применяются для повышения износостойкости и коррозионной стойкости поверхностей деталей.

Напыление производится струей сжатого воздуха или инертного газа (для покрытий с повышенными требованиями к упрочнению).

Достоинства металлизации заключаются в возможности использовать весьма широкую номенклатуру упрочняющих материалов и экономичности самого процесса, так как он происходит с очень малыми потерями в виде отхода материалов и с высоким коэффициентом использования энергии. Кроме того, для металлизации не требуется больших затрат на оборудование и технологическое оснащение. В массовом производстве процессы металлизации могут осуществляться с высоким уровнем механизации и автоматизации, что обеспечивает минимальные трудоемкость и себестоимость этих работ.

Электроискровое упрочнение применяется для упрочнения поверхностей деталей, подвергающихся изнашиванию при трении без смазочного материала (или с небольшим количеством) с большими удельными давлениями, а также в условиях активной эрозии, например букс роликовых подшипников, лопаток газовых турбин, лопаток крыльчаток, дробеметных аппаратов, режущих инструментов, деталей точных приборов.

Нанесение упрочняющего слоя происходит при электроискровом разряде между электродом из упрочняющего материала и покрываемой поверхностью.

В качестве упрочняющих материалов используются высоколегированные стали, твердые сплавы, графит, феррохром и др.

Электроискровое упрочнение по сравнению с другими способами упрочнения менее производительно, а удельные затраты (на 1 мм3 упрочняющего материала) в несколько раз больше, чем, например, при наплавке. Поэтому назначение для деталей упрочнения этим способом должно обосновываться либо требованиями повышенной износостойкости, либо конструктивными условиями (небольшая площадь и толщина упрочняющего слоя, недопустимость влияния остаточных напряжений в наплавленном слое, которые могут вызвать деформации точных деталей, и т. п.).

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий