Технологии и оборудование для восстановления геометрических размеров

Использование технологий восстановления и упрочнения в большинстве случаев является экономически обоснованным мероприятием. Для этих целей разработано значительное количество технологических процессов нанесения функциональных покрытий.

Эффективное решение проблем ремонта, восстановления и упрочнения прежде всего связано с рациональным выбором метода нанесения покрытия. При этом главным отличительным признаком выбора является толщина наносимого покрытия. Для процессов наплавки — это более 1 мм, для методов напыления — менее 1 мм, для процессов осаждения (упрочнения) — менее 5—10 мкм. Ниже приведены основные характеристики наиболее часто используемых газотермических способов наплавки, напыления и осаждения, проводимых при атмосферном давлении.

11___________________________1.jpg

1. Технологии наплавки

Наплавка — нанесение покрытий слоями толщиной несколько миллиметров из расплавленного присадочного материала на оплавленную металлическую поверхность изделия. В зависимости от вида источника нагрева рассматриваемых газотермических процессов наплавка может производиться при помощи теплоты газового пламени (газопламенная наплавка), электрической дуги (электродуговая наплавка в среде защитного газа) или сжатой дуги (плазменная наплавка).

Назначение наплавки — изготовление деталей с износо- и коррозионностойкими свойствами поверхности, а также восстановление размеров изношенных и бракованных деталей за счет нанесения покрытий, обладающих высокой плотностью и прочностью сцепления с изделием, работающих в условиях высоких динамических, знакопеременных нагрузок, подверженных интенсивному абразивному изнашиванию.

Преимущества процессов наплавки:
• отсутствие ограничений по размерам наплавляемых зон;
• возможность нанесения покрытий различных толщин;
• использование не только для восстановления размеров изношенных и бракованных деталей, но и для ремонта изделий за счет ликвидации локальных трещин, пор и других дефектов;
• возможность (применительно к плазменной наплавке) ведения процесса на постоянном токе обратной полярности, повышающем качество и стабильность свойств биметаллических соединений за счет эффекта катодной очистки, проявляющемся в удалении окисных и адсорбированных пленок и улучшении смачивания жидким металлом обрабатываемой поверхности; более низкого тепловложения по сравнению с наплавкой на токе прямой полярности и, как следствие, отсутствие или минимальное расплавление основного металла;
• возможность многократного проведения процесса и, следовательно, высокая ремонтоспособность наплавляемых деталей;
• высокая производительность и легкость автоматизации процесса;
• относительная простота и мобильность оборудования.
Недостатки технологий наплавки: • возможность изменения свойств наплавленного покрытия из-за перехода в него химических элементов основного металла;
• изменение химического состава основного (в зоне наплавки) и наплавленного металла вследствие окисления и выгорания отдельных легирующих элементов;
• возможность структурных превращений в основном металле, в частности, образование крупнозернистой структуры, новых хрупких фаз;
• возникновение деформаций в наплавленных изделиях за счет значительного термического воздействия;
• образование больших растягивающих напряжений в поверхностном слое детали, достигающих 500 МПа;
• снижение характеристик сопротивления усталости наплавленных изделий;
• возможность возникновения трещин в наплавленном металле и зоне термического влияния и, как следствие, более ограниченный, чем, например, при напылении выбор сочетаний основного и наплавленного металлов;
• обязательное использование в отдельных случаях предварительного нагрева и медленного остывания наплавляемого изделия, что увеличивает длительность процесса;
• наличие больших припусков на механическую обработку и, как следствие, существенные потери металла наплавки;
• трудоемкость механической обработки наплавленного износостойкого покрытия;
• требования преимущественного расположения наплавляемой поверхности в горизонтальном положении (необходимость применения наплавки в нижнем положении при использовании порошковых металлов);
• трудность наплавки мелких изделий сложной формы.

Технико-экономические показатели рассматриваемых способов наплавки представлены в табл. 1, где показатели даны для покрытий толщиной 1 мм. Коэффициент производительности — Кп рассчитан как отношение основного времени, затраченного на восстановление условной детали ручным дуговым способом tр.н. к основному времени восстановления условной детали сравниваемым способом ti: Кп = tр.н. / ti .

За основное время восстановления условной детали приняты затраты времени, включающие предварительную и последующую механические обработки и нанесение покрытия.

Коэффициент технико-экономической эффективности — Кэ определялся с учетом производительности и экономичности способа восстановления условной детали: Кэ = Кп · Эа / 100 , где Эа — экономия при восстановлении условной детали, %.

Использование конкретного способа наплавки из рассмотренных обусловлено, в основном, условиями производства, количеством, формой и размерами наплавляемых деталей, допустимой доли участия основного металла в наплавленном, технико-экономическими показателями, а для восстановительной наплавки — величиной износа.

Выбор типа наплавленного металла и, следовательно, марки присадочного материала производится в соответствии с механизмами износа наплавляемой детали: абразивный, ударно-абразивный, гидроабразивный, контактно-ударный, термомеханический, трение металла о металл, кавитационный, коррозионный. Детали машин чаще всего испытывают одновременно несколько видов нагружения. Поэтому при выборе типа наплавленного металла ориентируются на преобладающий вид износа.

Из сравнительного анализа рассмотренных методов очевидно преимущество процесса плазменной наплавки вследствие высокой производительности способа, незначительного припуска на механическую обработку, минимальной доли основного металла в наплавленном, наименьшего снижения сопротивления усталости.

Особенно эффективен процесс плазменно-порошковой наплавки, позволяющий обеспечить точно заданную глубину проплавления и толщину покрытия, высокую равномерность по толщине слоя, возможность обеспечения необходимых состава, структуры и свойств уже в первом слое металла наплавки, высокую степень автоматизации, малые остаточные напряжения и деформации, отсутствие разбавления наплавленного покрытия основным металлом.

2. Технологии напыления

Напыление — процесс, заключающийся в нагреве распыляемого материала высокотемпературным источником, образовании двухфазного газопорошкового потока и формировании покрытия на поверхности изделия толщиной порядка 1 мм.

В зависимости от вида используемого источника энергии процессы напыления подразделяются на:
• газопламенные, в которых используется тепло при сгорании горючих газов (ацетилена, пропана-бутана, водорода, метана, природного газа и др.) в смеси с кислородом (и сжатым воздухом);
• электродуговые, где осуществляется плавление проволоки электрической дугой и распыление расплавленного металла сжатым воздухом;
• детонационные, использующие энергию детонации газовых смесей (кислород + горючий газ), в которых перенос и нагрев частиц осуществляется ударной волной, образующейся в результате взрыва горючей смеси и выделении при этом теплоты;
• плазменные, где оплавление и разгон наносимого порошкового материала осуществляется с использованием плазменной струи;
• высокоскоростные, где порошок подается в камеру сгорания, в которой обеспечивается горение топлива, содержащего кислород и горючие газы (керосин, водород, пропан, метан), с последующим прохождением порошка и газов через расширяющееся сопло.

Назначение процессов напыления — нанесение защитных покрытий любых свойств минимальной толщиной от 0,05 мм и восстановление размеров изношенных и бракованных поверхностей.

Преимущества технологии напыления:
• высокая универсальность процессов, позволяющая наносить покрытия для широкого функционального назначения, а также для восстановления размеров изношенных деталей;
• малое термическое воздействие на напыляемую основу (температура ее нагрева не превышает 100…150 °С), что позволяет исключить нежелательные структурные превращения в ней, избежать деформаций и изменения размеров изделий;
• возможность нанесения покрытий на изделия, изготовленные практически из любого материала;
• отсутствие ограничений по размерам напыляемых изделий;
• возможность нанесения покрытий на локальные поверхности;
• возможность нанесения многослойных покрытий разнородными материалами;
• высокая технологичность процесса в связи с гибкостью регулирования параметров режима;
• возможность получения регламентируемой однородной пористости покрытия для использования в условиях работы со смазкой поверхностей скольжения;
• положительное влияние на усталостную прочность основы за счет получения при напылении слоистой структуры покрытия;
• нанесение равномерного покрытия с минимальными припусками для последующей механической обработки;
• возможность эксплуатации, в отдельных случаях, напыленных деталей без последующей механической обработки;
• возможность использования напыления для формообразования деталей (напыление производят на поверхности формы-оправки, которую после окончания процесса удаляют; остается оболочка из напыленного материала);
• высокая производительность процесса напыления;
• возможность автоматизации процесса.

Недостатки процессов напыления:
• невысокая стойкость напыленных покрытий к ударным механическим нагрузкам (при напылении покрытий без их оплавления);
• анизотропия свойств напыленных покрытий;
• низкий коэффициент использования напыленного материала при нанесении покрытий на мелкие детали;
• обязательное использование перед процессом напыления активационной обработки (например, абразивно-струйной), что увеличивает длительность и трудоемкость процесса;
• выделение аэрозолей напыляемого материала и побочных газов требует использования мощной вытяжной вентиляции;
• повышенный уровень шума, а в случаях, связанных с электрической дугой,— ультрафиолетового излучения.

Технологии осаждения читайте в следующей статье тут

Комментарии пользователей

Извините, но у Вас не достаточно прав для добавления комментария.

Авторизация