Классификация способов восстановления деталей и их характеристика

В настоящее время инженеры активно работают над созданием новых и усовершенствованием традиционных способов восстановления деталей. И на то есть объективные причины: во-первых, в некоторых случаях изготовление новых изделий из дорогостоящей стали является более затратным с точки зрения ресурсов, а во-вторых, у предприятия просто нет технологической возможности производства сложных по форме и техническим требованиям новых деталей.

В усовершенствовании различных способов восстановления изношенных деталей заинтересованы организации, которые эксплуатируют сложную и дорогую технику (например, карьерные самосвалы особо большой грузоподъемности).

Общие положения

Все способы восстановления деталей направлены на регенерацию эксплуатационных свойств и первоначальных характеристик изделия. В процессе работы трущиеся поверхности пар трения могут изнашиваться (вследствие чего меняются их размеры), крошиться (в результате накопления усталостных напряжений при частых знакопеременных нагрузках), получать механические повреждения, изменять свои физические и механические свойства. Отдельный вид повреждений в ходе эксплуатации – нарушение (повреждение) защитного антикоррозионного и износостойкого покрытия.

Способы и методы восстановления деталей отличаются широким разнообразием. Впрочем, износ деталей машин может иметь разные последствия и разный механизм образования и причины возникновения. При выборе конкретной технологии восстановления изношенных поверхностей инженер в первую очередь должен учитывать, какими свойствами (механическими и физическими) должно обладать изделие.

Так, в некоторых случаях, необходимо добиться максимальной усталостной прочности конструкции и упругости. Иногда же критичным является химический состав поверхностного слоя, что позволяет повысить жаростойкость, красноломкость (хладноломкость), устойчивость к воздействию агрессивных сред, поэтому в каждом конкретном случае следует отдавать предпочтение тому способу восстановления деталей, который может всем требованиям. К особым технологическим и конструкторским требованиям относятся также целостность (отсутствие пор, микротрещин, неметаллических включений), масса отдельных элементов конструкции и изделия в целом, показатели шероховатости, механические свойства (твердость и микротвердость), возможность обработки резанием и давлением (дополнительное упрочнение за счет деформации поверхностного слоя и возникновения наклепа), точность геометрических отклонений поверхностей и форм.

Восстановление изношенных деталей давлением

Поврежденные и изношенные детали можно восстанавливать давлением. Этот способ основан на использовании пластичности металлов, т. е. их способности под действием внешних сил изменять свою геометрическую форму, не разрушаясь. Детали восстанавливают до номинальных размеров при помощи специальных приспособлений, путем перемещения части металла с нерабочих участков детали к ее изношенным поверхностям. При восстановлении деталей давлением изменяется не только их внешняя форма, но также структура и механические свойства металла. Применяя обработку давлением, можно восстанавливать детали, материал которых обладает пластичностью в холодном или нагретом состоянии. Изменение формы детали и некоторых ее размеров в результате перераспределения металла не должно ухудшать их работоспособность и снижать срока службы. Механическая прочность восстановленной детали должна быть не ниже, чем у новой детали.

К основным видам восстановления различных деталей давлением относятся:

• осадка при восстановлении втулок, пальцев, зубчатых колес;
• раздача при восстановлении пальцев поршней, роликов автоматов и т. п.;
• обжатие при восстановлении вкладышей подшипников и втулок;
• вдавливание при восстановлении зубчатых колес и шлицевых валиков;
• правка для выправления гладких и коленчатых валов и рычагов;
• накатка для увеличения диаметра шеек и цапф валов за счет поднятия гребешков металла при образовании канавок.

Метод пластического деформирования при ремонте деталей применяется не только для восстановления размеров изношенных деталей, но и с целью повышения их прочности и долговечности. Поверхностное упрочнение деталей повышает износостойкость и прочность деталей. Пластическое деформирование деталей производят также обработкой стальной или чугунной дробью, чеканкой, обкаткой роликами или шариками.

Классификация способов восстановления деталей по типу устраняемых дефектов

Все многообразие методов восстановления, в зависимости от природы дефектов, обычно делят на следующие группы:

• обработка резанием и слесарная обработка;
• сварка и пайка;
• пластическая деформация;
• наплавление;
• диффузионная металлизация, а также напыление;
• гальванические технологии;
• химико-термическая обработка (ХТО), а также традиционная термическая обработка;
• использование композиционных материалов.

Методы восстановления и упрочнения деталей

нагара. Более эффективный метод очистки поршней — косточковой крошкой и стеклошариками. Стеклошарики диаметром 1,5—2 мм на очищаемую поверхность подаются сжатым воздухом давлением 392 — 490 кПа. После обработки в течение 1—2 мин поршень обмывают в моечной камере водой с добавлением кальцинированной соды при температуре 80—85 °С под давлением до 294,2 кПа. Различные фильтры дизеля с наполнителем очищают обдувкой паром с темпе­ратурой свыше 100 °С под давлением 686 кПа. Продувку паром чередуют с обдувкой распыленным дизельным топливом.

Качественная очистка от прочих нагарообразований обеспечивается в расплаве солей. Деталь погружают в смесь расплавленных при температуре 250 °С солей: хлористого натрия — 5 %; едкого натра — 65 %; азотнокислого натрия — 30 %. После обработки детали помещают в ванну с 12%-ным раствором соляной кислоты, затем промывают в горячей и холодной воде. Этот метод эффективен для очистки поршней дизелей, наполнителей фильтров компрессоров, деталей маслонасосов и т. п.

Смолистые отложения в трубках масляных секций холодильников удаляют моющим синтетическим препаратом AM-15. Вначале секции продувают сжатым воздухом, затем погружают в моечную установку и прокачивают раствор через секции в течение 1—2 ч и еще раз продувают.

Старую краску удаляют путем нанесения на стенки кузова пасты: негашеная известь — 43 %; сеяный мел — 30 %; каустическая сода — 18 %; мазут — 9 %. Нанесен­ную пасту через 3 — 5 ч снимают шпателем вместе с размягченной старой краской и шпатлевкой. Для растворения и нейтрализации оставшихся щелочей поверхность кузова обильно смачивают 2 %-ным раствором уксусной кислоты и промывают теплой водой.

Дефектоскопия.Ее производят с целью выявления в деталях скрытых дефектов, являющихся потенциальной причиной внезапных отказов в эксплуатации. Применяют следующие методы дефектоскопии.

Акустический метод дефектоскопии

(остукиванием) применяют для текущего контроля болтовых соединений, плотности посадки детали. Низкий тон, дребез­жание свидетельствует о наличии ослабления соединений, посадки, наличии трещин в предварительно напряженной детали (бандаже колесной пары) и т. д.

Метод цветной дефектоскопии

основан на активном проникновении смачиваю­щей жидкости в трещины и поры контролируемой детали, а затем в капил­ляры проявляющего покрытия. Состав смачивающей жидкости: керосин —80%; трансформаторное масло —15%; скипидар —5%; краска «Судан-3» — 10—15 г/л или красная проникающая жидкость К (МРТУ 6-10-750—68). Состав проявляющего покрытия: 600—700 г каолина на 1 л воды или белая проявляющая жидкость М (МРТУ 6-10-749-68).

Технология проверки: деталь очищают и обезжиривают, поверхность детали обильно смачивают проникающей жидкостью, далее наносят проявляющую жидкость, производят осмотр детали с использованием лупы. Трещина выявляется в виде четкой линии.

Метод обеспечивает выявление трещин глубиной 0,01—0,3 мм и шириной раскрытия 0,001—0,002 мм и более. Его применяют преимущественно для контро­ля крупных деталей: элементов рам тележек и кузова, колесных центров, авто­сцепки и т. д.

Методом магнитной дефектоскопии

обнаруживают поверхностные и скрытые дефекты. Для создания в проверяемой детали магнитного поля применяют дефектоскопы следующих типов (табл. 10).

В качестве индикатора применяется магнитный порошок ПЖ-40М (порошок железный очень мелкий) или ПЖ-4М. Индикацию производят сухим порошком или методом суспензии. Суспензию приготовляют смешением 150—175 г порошка с 1 л жидкой основы (смесь трансформаторного масла и керосина). Перед проверкой предварительно испытывается качество магнитной смеси и эффективность действия дефектоскопа на контрольном эталоне.

Технология проверки: деталь тщательно очищают от загрязнений до металличе­ского блеска, дефектоскоп накладывают на деталь и включают, суспензией покрывают участки детали, находящиеся в зоне действенной проверки, и осматри­вают. Нарушение сплошности выявляется скоплением темного порошка на белом фоне детали. Дефектоскопирование ведется последовательным перемещением дефектоскопа и поворотом детали. После проверки производят размагничивание детали. Детали с темной поверхностью проверяют цветным магнитным порошком.

Таблица 10

Тип дефектоскопа	Технические данные
Диаметр проверяемой детали, мм	Зона проверки, мм	Область применения
ДКМ-1	200-250	Шейки осей колесных пар, валы электрических машин, ко­ленчатые валы
ДГС-М-53	200-250	Шейки и средняя часть оси, бандажи, детали автосцепки и рессорного подвешивания
ГПЗ-1	—	Периметр кольца	Детали подшипников каче­ния
ДГЗ-57	—	3—4 зуба	Зубчатые венцы и шестерни тягового привода

Магнитной дефектоскопии подлежат следующие детали:

Механическое оборудование
1. Оси колесных пар: шейки под моторно-осевые и буксовые подшипни­ки, средняя часть оси	При всех видах освидетельствова­ния колесных пар
2. Венцы зубчатых колес	То же
3. Бандажи колесных пар: внутрен­няя и наружная поверхности	Перед насадкой новых, после на­плавки гребня или исправления де­фектов на круге катания
4. Коренные листы рессор, хомуты	При ремонте рессор с разборкой
5. Рессорные болты и балансиры	При производстве ремонтов ТР-3 и заводских, а также при всех случаях ремонта наплавкой
6. Подбуксовые струнки, детали ша­ровой связи возвращающего устрой­ства и межтележечного сочленения	То же
7. Детали автосцепного устройства: корпус автосцепки, валик (клин), маят­никовые и поддерживающие болты, тяговые полосы хомута	При ремонте с полной разборкой, а также во всех случаях ремонта правкой или наплавкой
8. Детали тормозной рычажной пе­редачи: рычаги, шейки тормозных валов	При производстве ремонтов ТР-3, а также во всех случаях ремонта правкой или наплавкой
9. Сварные швы всех соединений механической части	При подозрениях на нарушение сплошности, заварке трещин в элемен­тах рам тележек и кузовов
10. Тяги механизма опрокидывания кузова моторных думпкаров	При ремонте с полной разборкой, а также после правки или сварки
11. Детали буксовых подшипников	Во всех случаях ремонта с полной разборкой
Электрические аппараты
Шейки валов аппаратов с групповым приводом, штоки поршней, зубчатые рейки, коленчатый вал пневматического двигателя	При производстве ремонтов ТР-3 и заводских, а также во всех слу­чаях ремонта правкой или наплавкой
Пневматическое оборудование
1. Коленчатый вал компрессора, ша­туны, шатунные болты, пальцы	При ремонте с полной разборкой
2. Штоки поршней цилиндров опро­кидывания и тормозных цилиндров	То же
Электрические машины
1. Валы якорей	При ремонте с полной разборкой, а также после ремонта шеек наплавкой
2. Полюсные и коллекторные болты, детали моторно-якорных подшипников	При ремонте с полной разборкой
Дизель
1. Коленчатый вал, поршни, шатуны и шатунные болты, пальцы	То же
2. Детали газораспределительного механизма	При ремонте с полной разборкой

Ультразвуковой метод дефектоскопии

используется для выявления дефектов, залегающих в глубине детали. Высокая разрешающая способность позволяет применять его также для безразборного диагностирования. Применяют несколько типов дефектоскопов: УЗД-64, 2ДМ-1М, ДУК-ПИМ.

Технология проверки: работу дефектоскопа предварительно проверяют на эталоне. Поверхность детали очищают от загрязнений, шлифуют и для улучшения акустического контакта смазывают машинным маслом. Прижимают щуп к поверх­ности детали. Индикация дефектов производится по импульсу на экране электрон­но-лучевой трубки, а также световому и звуковому сигналу. Перемещением щупа по детали устанавливают границы трещины, а глубиномером — глубину залега­ния дефекта. Ультразвуковому контролю подлежат: подступичные части осей колесных пар, коленчатые валы и поршни дизелей, полюсные болты электри­ческих машин (без разборки), сварные швы на ответственных узлах.

Результаты проверок деталей регистрируют в специальном журнале установ­ленной формы. Детали с обнаруженными трещинами и другими дефектами учитываются в журнале регистрации ответственных деталей т. п. с. Записи заверяют дефектоскопист и мастер. Дефектоскопы подвергают ревизии не реже 1 раза в 6 месяцев. Проверку электрических характеристик производят не реже 1 раза в год.

Восстановление.Детали восстанавливают металлизацией, сваркой, наплавкой или электролитическим покрытием.

Металлизацию

при ремонте деталей применяют с целью восстановления изношенных поверхностей, повышения их износостойкости, исправления техноло­гических дефектов. Технические характеристики электрометаллизаторов приведены в табл. 11.

Тип аппарата	Напряжение дуги, В	Рабочий ток, А	Давление воздуха, кПа	Расход сжатого воздуха, м3/мин	Диаметр проволоки, мм	Скорость подачи проволоки, мм/мин	Масса аппарата,
ЭМ-ЗА ЭМ-6	30-50 25-50	100-150	441,3-588,4 490,3-588,4	1,2 0,8-0,9	1-2 1,15-2,5	1,4 0,7-5,5	2,2

Поверхность, подлежащую восстановлению, зачищают и процесс металлизации начинают сразу после зачистки. Деталь должна иметь температуру окружающей среды, но не ниже 7 — 8 °С. Расстояние от сопла до изделия должно быть 80—180 мм (при нанесении цветных металлов — в пределах 70 мм). Толщина нара­щиваемого слоя за один проход должна быть не более 0,5 мм. Наибольшая толщина наращиваемого слоя на цилиндрической поверхности детали может достигать 4 мм, а на плоской детали — 1,2 — 2,2 мм. Детали, работающие с динамическими нагрузками, после металлизации подвергают спеканию в газовой печи при температуре 1030—1050 °С в течение 3 —6 ч.

Токарную обработку производят резцами с пластинками из твердого сплава с применением эмульсионного охлаждения. Последующее шлифование производят электрокорундовыми кругами Э46 СМГК. Детали, работающие в условиях трения, после механической обработки выдерживают в нагретом до температуры 100-120 °С масле в течение 2 —3 ч. Для проверки качества покрытия применяют метод визуального контроля с целью выявления наружных дефектов: раковин, отставания слоя по краям, увеличения фракции частиц напыленного металла. Остукиванием определяют качество сцепления.

Восстановлению подлежат детали механического оборудования: валики рессор­ного подвешивания и тормозной рычажной передачи, шкворни межтележечного сочленения и возвращающего устройства, вкладыши моторно-осевых подшипников; дизеля; шейки коленчатого вала, головки шатунов, поршневые пальцы; электри­ческих аппаратов: шейки валов с групповым приводом, шейки коленчатого вала пневмодвигателя; пневматического оборудования: шейки коленчатого вала компрес­сора, штоки поршней цилиндров опрокидывания; электрических машин: шейки валов.

Сварка и наплавка

— наиболее распространенные методы восстановления. Требования, предъявляемые к процессу наплавки, следующие. Наплавку применять автоматическую или полуавтоматическую с использованием высокоэффективных наплавочных материалов; технология нанесения слоя должна обеспечивать высокое качество наплавленного металла, хорошую обрабатываемость твердосплавным инструментом, возможность термической обработки до заданной твердости; износостойкость наплавленного слоя должна обеспечивать при заданных условиях эксплуатации необходимый технический ресурс детали.

Прогрессивная технология предусматривает применение износостойких мате­риалов. Наиболее рациональной следует считать первичную структуру с содержа­нием марганца 1,7 — 2,0% и хрома до 2,0 — 2,5%. Эти корбидообразующие элементы обеспечивают наплавленному металлу необходимую твердость и прокаливаемость. Содержание углерода в наплавленном слое в пределах 0,25 — 0,3 % обеспечивает появление закалочной структуры и гарантирует от появления горячих трещин. Присадочный металл с такими свойствами может быть получен при применении порошковых проволок или обычных проволок и керамических флюсов. Благодаря применению порошковых проволок можно механизировать процесс наплавки и восстанавливать детали, работающие в режиме сухого трения, обеспечив при этом требуемую износостойкость наплавленного слоя, которая может быть повышена последующей термообработкой; повысить производитель­ность наплавочных работ в 5 раз; получить экономию на 1 т наплавочного металла до 5 тыс. руб.

Типы порошковых проволок и свойств наплавленного металла приведены в табл. 12, а способы наплавки соответствующими проволоками и объекты ремонта — в табл. 13.

Таблица 12

Марка проволоки	Химический состав, %	Твердость наплавленного слоя, HRC, после
С	Сг	Мn	Si	W	V	Мо	Ti	наплавки	отжига	закалки и отпуска
ПП-АН120	0,18	1,8	1,8	0,6	_	_	0,7	_	35-40	180 НВ	40-42
ПП-АН103	1,8	12,0	0,6	0,6	—	—	0,8	—	40 — 44	27 — 29
ПП-АН104	1,8	12,0	0,6	0,6	1,0	0,25	—	—	40 — 44
ПП-АН124	2,8	17,0	1,0	0,6	—	—	—	—	42 — 48
ПП-АН121	0,2	1,1	1,2	0,65	—	0,2	—
ПП-ТНЗОО	0,1/	0,43	0,8	0,8	—	—	—
ПП-ТН350	0,18	0,45	0,8	0,9	0,9	32 — 38

Ориентировочный режим наплавки, обеспечивающий твердость, указанную в табл. 13, при диаметре проволоки 2,0—3,0 мм: сила тока 200 — 350 А; напряжение дуги 24—30 В; скорость подачи проволоки 120—160 м/ч. Указанный ре­жим может меняться в зависимости от марки применяемой проволоки и требуемой твердости наплавленного слоя. Рекомендуется применение полуавтоматов А765, А1197, наплавочных аппаратов А580, А384-МК, станков У651, У654.

Для наплавочных работ при восстановлении деталей из углеродистых сталей всех видов оборудования т. п. с. рекомендуется применять керамический флюс АНК-18 и АНК-40 в сочетании со стандартной углеродистой проволокой Св-08А (ГОСТ 2246 — 70) или Св-08Г2С. Твердость наплавленного металла можно изменить в диапазоне от 30 до 45 HRC. Флюс имеет хорошие технологические свойства: устойчивое горение дуги, в наплавленном металле отсутст

Таблица 13

Марка проволоки	Способ наплавки	Объекты наплавки
ПП-АН103	Автоматическая под флюсом АН-20 или АН-15	Валики рессорные и балансирные, ножевые опоры, рессорные опоры и накладки
ПП-АН104	То же	Корпус автосцепки (боковые грани хвосто­вика), валик
ПП-АН120	Автоматическая под флюсом АН-348	Детали усиленного автосцепного устройства: вкладыш, упорная плита, внутренняя и тор­цовая поверхности хвостовика, гнездо валика и тяговые полосы хомута. Детали опор кузоза, центральных и боковых, возвращающего уст­ройства
ПП-АН121	Автоматическая от­крытой дугой	Валики тормозной рычажной передачи, рес­сорные болты, шпинтоны рессор, детали пру­жинной подвески автосцепки, гребни бандажей колесных пар (для легких режимов работы)
ПП-АН124	То же	Валики механизма открывания бортов, удар­но-тяговые поверхности головы автосцепки. Детали межсекционных и межтележечных со­членений
Примечание. Для деталей, работающих в особо тяжелых условиях (гребни бандажей колесных пар, детали ударно — сцепных устройств), следует применять порошковую проволоку марки ПП-АН105. Наплавленный металл содержит Мn — 12-14%, С — 0,4-0,45% и обладает свойством самоупрочняться.

вуют поры и трещины, обеспечивается плавный переход к основному металлу, шлак легко отделяется в горячем состоянии. Химический состав наплавленного металла, % (по массе): углерод — 0,2 —0,4; марганец — 1,0—1,8; кремний —0,5; хром — 2,5 —5,0; сера — 0,04; фосфор — 0,04. Рекомендуемые режимы наплавки приведены в табл. 14.

Таблица 14

Диаметр проволоки, мм	2,0	3,0	4,0	5,0
Ток, А
Напряже­ние дуги, В	22-28	28-32	35-42	24-30	32-38	37-43	31-38	37-43	24-30	33-39

Скорость наплавки 25 — 35 м/ч. Полярность обратная. Используя технологи­ческие свойства флюса, можно получить твердость в широком диапазоне, для чего изменяют напряжение дуги (при неизменном токе) или производят корректировку состава флюса. Корректировка заключается в смешивании флюсов АНК-18 и АН-348 в определенных соотношениях, при этом сохраняются высокие технологические свойства керамического флюса и достигается заданный предел твердости. Рекомендации по корректировке состава флюса представлены в табл. 15.

Механическую обработку наплавленных деталей производят инструментом с режущими пластинами из твердого сплава Т15К6 или Т14К8. Для обработки наплавленного слоя повышенной твердости рекомендуется применять резцы с пласти­нами из твердого сплава ТТ7К12 или ТК12В, а наплавленного слоя из марганцовистой стали — резцы с пластинами из сплава ТТ10К8-Б. Твердость, заданную в табл. 15, достигают термической обработкой деталей. Флюс АНК-40 обычно не корректируют. При восстановлении деталей наплавкой применяют пластинчатые электроды и порошковую ленту (ПЛ-АН101, ПЛ-АН102), а также многоэлектродную и вибродуговую наплавку.

Таблица 15

Вариант смеси	Соотношение состовляющих в частях (по объему)	Твердость наплавленного слоя, НВ	Вариант смеси	Соотношение состовляющих в частях (по объему)	Твердость наплавленного слоя, НВ
АНК-18	АН-348	2-го	3-го	АНК-18	АН-348	2-го	3-го
0,5	1,0	2,0	1,0
0,75	1,0	3,0	1,0
1,0	1,0	1,0	—

Для сварочных работ при ремонте кузова моторных думпкаров и других работах, связанных со сваркой малоуглеродистых и низколегированных сталей со швами различной конфигурации, применяют порошковые проволоки (табл. 16).

Марка проволоки	Диаметр, мм	Режим наплавки	Механические свойства
Ток, А	Напряжение дуги, В	Временное сопротивление разрыву, кПа	Ударная вязкость, кДж/м2
ПП-АН1	2,8	200-350	24-28	5,8
ПП-АН4	2,5	200-500	25-32	12 7
ПП-АН8	2,5-3	200-500	25 — 31	12,7
ПП-АН9	2,5	360-420	27 — 30	12,7

Проволока ПП-АН1 рекомендуется вместо электродов рутилового типа диаметром 4 — 5 мм. Проволоки ПП-АН4 и ПП-АН8 предназначены для сварки в среде углекислого газа взамен проволоки Св-08Г2С. Качество швов сварных соединений следует контролировать систематически на всех этапах производ­ственного цикла согласно ГОСТ 3242 — 79. После заварки трещин и усиления деталей и узлов конструкции качество сварных швов проверяют визуально, а также методами цветной и магнитной дефектоскопии. Швы в ответственных местах конструкций проверяют методом ультразвуковой дефектоскопии согласно ГОСТ 14782 — 76. Дефекты, обнаруженные в швах заваренных трещин, исправляют, для чего шов дефектного участка удаляют и повторно заваривают трещину. Исправленные швы необходимо повторно контролировать.

Электролитическое покрытие

применяют для восстановления изношенных поверхностей, создания износостойкого слоя, защиты от коррозии и придания детали декоративного вида. Преимущества метода: одновременно с восстановле­нием наносится износостойкий слой на черные и цветные металлы, повышающий технический ресурс детали; возможно многократное восстановление детали; исключаются нагревы и связанные с этим появления внутренних напряжений и деформаций; возможен групповой метод восстановления; значительно повышается производительность труда.

Для электролитических покрытий используют постоянный ток, пульсирующий (однополупериодный), переменный асимметричный и ток переменной полярности с изменяющимися амплитудами и периодами времени действия тока. В целях повышения эффективности процесса следует применять определенную форму кривой тока.

К гальваническим ваннам питание подводят от однофазных и трехфазных тиристорных преобразователей. Основными критериями качества электролитических покрытий являются: твердость, износостойкость, сцепление с основным металлом, пористость, коррозионная стойкость. Для декоративных покрытий: блеск, цвет, равномерность.

Толщина покрытия при восстановлении цилиндрической детали

,

где d

H
, d
p— диаметры детали соответственно номинальный и перед восстановлени­ем, мм; 2δ — припуск на механическую обработку, мм.

Хромирование

применяют с целью восстановления изношенного слоя и создания защитного блестящего покрытия. Хромированием восстанавливают шейки колен­чатых валов, поршневые пальцы компрессоров и дизелей, детали топливной аппаратуры, цилиндры пневматических приводов и другие детали. Защитному покрытию подвергают рефлекторы, поручни, рукоятки управления и т. п. В зави­симости от состава электролита и режима ведения процесса получают покрытия: блестящее, молочное и пористое. Пористое покрытие (точечное или канальчатое) получают анодным травлением. Оно обладает высокими, маслоудерживающими свойствами и высокой износостойкостью. Составы электролитов приведены в табл. 17.

Таблица 17

Вид покрытия	Состав электролита, г/л
Хромовый ангидрид	Серная кислота	Хромистый ангидрид	Железо
Твердое хромирование	150-200	1.5-2,0	До 4	До 6
Защитно-декоративное хромирование	300-350	3,0-3,5	Более 6	Более 4

Для твердых покрытий рекомендуется эффективный тетрахромовый электролит, имеющий следующий состав, г/л: хромовый ангидрид — 380 — 460; едкий натр – 50 — 70; трехвалентный хром — 8 — 25; серная кислота — 0,8 — 1,6. Процесс ведется при температуре 15 — 25 °С и плотности тока 2000—10000 А/м2. Скорость осаждения около 0,025 мм/ч.

Меднение

применяют для восстановления изношенных поверхностей, создания антифрикционных пар, а также как подслой для хромирования и никелирования. Состав сернокислых электролитов и рекомендуемые режимы приведены в табл. 18.

Таблица 18

Состав электролита	Содержание компонентов, г/л	Плотность тока, А/м2	Время электролиза, мин.	Толщина покрытия, мм
Анод	Катод
Номер	Компоненты
I	CuSO4- 5H,O H2SO4 NiSO4 CH4N2S	188,4 107,2 0,05	0,8
II	CuSO4- 5H2O H2SO4 Декстрин	6,6

Сернокислые электролиты применяют для наращивания изношенных щеточных окон щеткодержателей тяговых двигателей и вспомогательных машин, вкладышей моторно-осевых подшипников.

Осталивание —

процесс осаждения железа из водного раствора двухлористого железа. По сравнению с хромированием процесс осталивания имеет следующие преимущества: более высокая производительность, возможность получения осадка толщиной до 5 мм, не требуется дефицитных химических реактивов, возможность получения твердости осадка в диапазоне 170 — 250 НВ, хорошая обрабаты­ваемость, диапазон объектов ремонта значительно расширен. Детали, восстанав­ливаемые этим способом, можно разбить на следующие группы. Детали с вос­станавливаемыми посадочными поверхностями: конические части и шейки валов электрических машин, кольца подшипников, конические части шкворней. Трущиеся детали: валики рессорного подвешивания, тормозной рычажной передачи, механизма открывания бортов, межтележечного сочленения и возвращающего устройства.

В качестве анодов используют сталь 10 и сталь 20. Конфигурации детали и анода должны быть идентичны, а соотношение площадей поверхности анода и поверхности катода рекомендуется выдерживать 1:2. Состав электролитов и режимы электролиза при горячем осталивании приведены в табл. 19.

Таблица 19

Coстав электролита	Концентрация, г/л	Режимы электролиза	Скорость осаждения осадка, мм/ч
Номер	Компоненты	Температу­ра, °С	Плотность, А/м2	Род тока
I	Хлористое железо Хлористый мар­ганец Соляная кислота	200 100 0,8-1,0	60-80	2000-6000	Постоянный	0,2-0,5
II	Хлористое железо Хлористый нат­рий Соляная кислота	400 50 1,0	18-25	3000-6000	Перемен­ный асим­метричный	1,0-1,2

Электролит приготавливают в гальваническом цехе из обезжиренной сталь­ной стружки, обработанной водным раствором соляной кислоты с добавлением соответствующего количества хлористого натрия или хлористого марганца. Затем корректируют кислотность.

Наряду с горячим осталиванием применяют метод холодного осталивания. Состав электролита: хлористое железо — 200 г/л; йодистый калий — 20 г/л; соляная кислота до рН = 1,3 ÷ 1,5. При осталивании применяют переменный асимметрич­ный ток. Повышение твердости слоя получают термообработкой.

Никелирование

применяют как антикоррозионное и декоративное покрытие. Никель осаждают на медную подслойку, затем шлифуют и полируют. Для никелирования с легко полирующимся осадком применяют электролит следующего состава: сернокислый никель — 70—100 г/л; борная кислота — 20 г/л. Процесс ведут без перемешивания электролита при температуре 20 — 40 СС и плотности тока 100 А/м2. Никелированию подвергают поручни, рефлекторы, рукоятки управления, оконные решетки и др.

Цинкование

применяют для предохранения от коррозии деталей аппаратов, крепежные изделия из черных металлов. Состав электролита, г/л: сернокислый цинк —215; сернокислый алюминий — 30; алюминиевые квасцы — 45 — 50; сернокислый натрий — 50—160; декстрин — 10. Процесс ведут без перемешивания электролита при температуре 18 — 25 °С и плотности тока 100 — 200 А/м2. Аноды изготавливают из электролитического цинка. После цинкования детали пассивируют и просушивают.

Упрочнение.Повышение ресурса новых и восстановленных деталей путем упрочнения рабочих поверхностей является важнейшим этапом производственного цикла. Наиболее распространенные методы упрочнения: накат (наклеп), термическая и термохимическая обработка, наплавка и напыление износостойкими материалами.

Наклеп

применяют в целях повышения износостойкости трущихся пар и усталостной прочности стальных деталей, подверженных действию циклических нагрузок.

Наиболее распространенными являются дробеструйный и центробежный наклепы. Дробеструйный наклеп выполняют на пневматических или механических дробометах. При этом струя металлической дроби падает с высокой кинетической энергией на поверхность детали под углом 70°.

Предел усталостной прочности детали после дробеструйного наклепа повышает­ся на 20 — 40 %. Центробежный наклеп осуществляют ротационными упрочнителями, воздействием на поверхность детали стальными шариками. Глубина наклепанного слоя достигает 1,5 мм, твердость повышается на 50%. Упрочнению подвергают листы рессор, пружины, подступичные части, галтели осей колесных пар, шейки коленчатых валов.

Для повышения усталостной прочности сварных швов и наплавленных слоев металла применяют поверхностный наклеп многобойковыми упрочнителями. Упрочнитель состоит из пучка упрочняющих проволок (27 — 60 шт.), вмонтирован­ных в пневматический молоток КМ-5 с числом ударов 1600 в минуту. Метод эф­фективен для швов рам тележек, хребтовых балок, верхних и нижних рам думпкаров.

Упрочнение обкаткой

осуществляют путем воздействия на обрабатываемую поверхность шариком или роликом под определенным давлением. Преимущественно применяют упрочняюще-сглаживающую обкатку, которая наряду с повышением усталостной прочности и твердости обеспечивает снижение шероховатости поверх­ности на 2 — 3 класса. Упрочнению обкаткой подвергают детали из черных и цветных металлов: галтели и шейки осей, поверхность круга катания бандажей колесных пар, шейки коленчатых валов, коллекторы электрических машин. Однако положительное влияние наклепа наблюдается только до определенной для данного металла степени упрочнения. В случае превышения определенной степени упрочнения появляются микроскопические трещины, хрупкость и происходит отслоение упрочняемого слоя. Это относится прежде всего к бандажам, поверх­ности которых в процессе эксплуатации подвергаются непрерывному упрочнению обкаткой.

⇐ Предыдущая2Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Классификация способов восстановления в зависимости от характера воздействия на деталь

По указанному принципу все операции по восстановлению делятся на три группы:

• обработка без снятия припусков;
• обработка деталей со съемом материала;
• технологические операции, сопряженные с нанесением покрытий и материалов тем или иным способом.

Есть смысл дать более детальную классификацию перечисленных групп, так как каждая из них включает множество методов обработки с использованием самого разного оборудования и принципов. В некоторых случаях возможно дублирование в наименовании способа восстановления деталей, так как один способ может одновременно относиться к нескольким группа.

Восстановление без снятия припусков:

• упрочнение и формообразование посредством холодного и горячего пластического деформирования, калибровка;
• химико-термическая обработка (осуществляется с целью повышения твердости, улучшения эксплуатационных характеристик);
• термическая обработка (повышения твердости, снятие опасных напряжений и так далее).

Способы восстановления изношенных деталей, сопряженные со снятием слоя материала:

• механообработка резанием;
• электрофизическая обработка;
• комбинированные методы.

К последней подгруппе относятся методы, которые позволяют наносить на поверхность детали дополнительный защитный слой материала. К основным способам восстановления деталей с нанесением покрытий относятся следующие:

• нанесение металлических и неметаллических покрытий в печи (металлизация, напыление, наплавка и другие);
• электрофизические методы нанесения покрытий (гальванические ванны, электроискровые способы и так далее).

Восстановление способом наплавки и сваркой

Восстановление деталей сваркой и наплавкой относится к самым распространённым методам.

При наплавке последовательно выполняются следующие операции. Обработка изношенной поверхности, целью которой является удаление пограничного слоя наплавленного металла из зоны обработки. Наплавка поверхности с припуском, достаточным для дальнейшей обработки. Обработка наплавленной поверхности в соответствии с требованием чертежа.

Характеристика слесарно-механических восстановительных операций

Данный способ восстановления и упрочнения деталей применяется в тех случаях, когда возникает необходимость в получении нового или прежнего ремонтного размера изделия, а также тогда, когда необходимо произвести установку нового элемента восстанавливаемого изделия машиностроения. Так, механическая и слесарная обработка могут служить своего рода промежуточной операцией, направленной на подготовку поверхностей под нанесение и напыление дополнительных упрочняющих покрытий. Однако наиболее часто обработка резанием является окончательной и направлена на исправления дефектов формы и поверхности, возникших по той или иной причине. Такими причинами могут быть поверхностная и объемная деформация деталей и заготовок с целью придания им большей прочности и максимально выгодных эксплуатационных характеристик, наплавка металлического порошка и электрода и так далее.

Обработка в размер должна обеспечить все технологические и конструкторские требования: чистоту и шероховатость поверхностей, значения и величину зазора или натяга (если посадка осуществляется с натягом), отклонения геометрической формы и так далее.

Инженер делает выбор в пользу того или иного механического способа восстановления детали, учитывая целый различных факторов. Так, если степень износа детали очень большая, то есть смысл произвести установку дополнительной ремонтной части. В таком случае наплавка с последующей обработкой будет стоить значительно дороже и требует очень высокой квалификации от исполнителя. В качестве таких деталей, в основном, служат всевозможные втулки и переходники.

Покрытие неметаллами

Сущность данного способа состоит:

• в нанесении на предварительно очищенную и обезжиренную поверхность слоя двухкомпонентной полимерной композиции;
• в фиксации с помощью вспомогательных приспособлений (при необходимости).

По сравнение с гальванизацией, нанесение неметаллических покрытий имеет ряд преимуществ:

• простота, отсутствие необходимости в предварительной механической обработке ремонтируемой поверхности;
• возможность нанесения толстого (10 – 15 мм) слоя полимера.

Вместе с тем, подобные покрытия заметно уступают металлам в износостойкости и долговечности.

Характеристика восстановления деталей пластической деформацией

Деформирование применяется как для изменения формы и геометрических размеров детали, так и для улучшения эксплуатационных характеристик поверхности изделия (показатель твердости и износостойкости).

С изменением формы все понятно: при прикладывании к твердому телу значительной по величине нагрузки и последующем снятии ее, остается остаточная деформация. Данный способ восстановления деталей машин применяется на практике при необходимости выровнять изделия, которые получили повреждения в результате столкновения. К данному виду работ можно отнести как кузовные работы на автомобиле, попавшем в аварию, так и рихтование толстого стального листа. Часто необходимость проведения обработки давлением возникает после обработки сваркой: при нанесении шва определенные локальные зоны сильно нагреваются, что приводит к линейному расширению определенных элементов сварной конструкции. При остывании происходит обратный процесс – уменьшение в размерах, что приводит к короблению и нарушению геометрии всего изделия. Поэтому при наличии строгих требований по форме и отклонениям конструкции она подвергается обработке давлением с целью исправить дефект.

Также обработка давлением может применяться с целью упрочения поверхностей восстанавливаемого изделия, например, после наплавки или же после механического снятия резанием определенного припуска с детали. Упрочнение деформацией – довольно редкий способ восстановления деталей. Выбор в пользу данной методики осуществляется крайне редко. Это обусловлено тем, что для упрочнения поверхностной пластической деформацией необходимо довольно дорогостоящее оборудование. Приобретать такие станки для того, чтобы изредка ими пользоваться в случае возникновения необходимости в восстановлении, экономически нецелесообразно.

Электрохимические способы реставрации деталей

Для восстановления деталей путём нанесения металлических покрытий применяется гальванический способ, с помощью которого наносят:

• хром;
• никель;
• железо.

Хромовые и никелевые покрытия имеют толщину 0,25 – 0,3 мм, железные 2 – 3 мм и более. Железнение по своим параметрам приближается к наплавке, однако, обеспечивает относительно невысокую твёрдость. Существуют гладкие или пористые покрытия, применяемые для подвижных и неподвижных соединений.

Сущность упрочнения деформацией. Физика процесса

За счет чего улучшаются прочностные качества при деформировании поверхностного слоя? Хороший вопрос. Ответ на него кроется в радиационной теории атомного строения кристаллических веществ.

Ученым удалось доказать, что прочность зависит от количества дефектов кристаллического строения. По их подсчетам, тонкая металлическая нить из идеально чистого железа без точечных и линейных дефектов строения способна выдерживать колоссальные нагрузки. Однако реальные тела всегда имеют дефекты, поэтому несущая прочность такой проволоки в реальных условиях довольно маленькая. Но когда количество дефектов возрастает, то возникает парадоксальное явление – прочностные характеристики улучшаются. Это объясняется тем, что большое количество дефектов создает препятствия для их перемещения и выхода на поверхность зерен, то есть препятствует возникновению концентраторов напряжений.

Именно на этом и основано упрочняющее действие обработки давлением: при деформации возникает огромное количество дефектов внутри зерен. При этом сами зерна приобретают характерную форму – так называемую текстуру. Следует отметить, что данный метод позволяет не только повысить прочность и износостойкость, но и уменьшить шероховатость обрабатываемой поверхности.

Метод «ремонтных размеров» и другие

Наиболее распространённым дефектом, как уже упоминалось, является износ поверхностей. Поэтому и основное направление технологий восстановления заключается в доведении изношенных поверхностей до первоначальных параметров. Для этого применяются типовые технологические приёмы – сварка, пайка, наплавка, напыление металлопокрытий, осаждение металла, нанесение полимерных материалов и некоторые другие.

При выборе способа восстановления следует обратить внимание на ряд вопросов. Например, с помощью поверхностного напыления можно получить желаемую твёрдость поверхности, повысить износостойкость рабочей поверхности детали, снизить воздействие усталостного фактора, усилить антикоррозионные качества, поэтому материал напыления, так же как и способ его нанесения – важнейший этап восстановления. Но, если принято решение о нанесении покрытия на дефектную поверхность, необходимо выяснить, насколько металл детали сочетается с наносимым покрытием, а также как к этому покрытию «отнесётся» поверхность сопрягаемой детали. Также необходимо знать, можно ли выбранным методом и материалом создать такую толщину покрытия, которая бы компенсировала износ и припуск на последующую обработку.

Но, если взаимная выработка деталей, работающих в паре, значительна, то обычно посадки не напыляют, а восстанавливают, изменяя первоначальные размеры на так называемые «ремонтные». Наиболее ценную деталь пары обрабатывают, увеличивая, например диаметр выработанного отверстия до ремонтного, при этом восстанавливается геометрия отверстия, удаляются следы износа, восстанавливается необходимая чистота обработки. А сопрягаемую деталь либо изготавливают новую, но с увеличенным диаметром, соответствующим ремонтному размеру первой детали, либо протачивают до цилиндрической поверхности, устраняя эллипсность, и устанавливают втулку, наружный диаметр которой соответствует ремонтному диаметру.

Метод «ремонтных размеров» нежелателен там, где детали интенсивно изнашиваются и, соответственно, часто ремонтируются либо меняются. При ремонте, выбраковывая одну деталь пары, приходится менять и парную деталь. А ещё часто бывает, что ремонтник не знает о ремонтных размерах детали и приготавливает для замены стандартную деталь. Затем в срочном порядке приходится решать что делать, искать новую запчасть. В конечном итоге несложный ремонт может затянуться.

Более универсальным является т. н. метод «постановки дополнительного элемента». В этом случае изношенные отверстия и валы обрабатываются до восстановления правильной геометрической формы, а затем в отверстие, или на вал, устанавливаются втулки, восстанавливающие исходные чертёжные посадочные размеры сопрягаемых деталей.

Начальную форму рам, балок выносных опор, колец опорно-поворотных устройств, портальных стоек и стрел, получивших остаточный изгиб и скручивание, возвращают методом правки. Осадкой восстанавливают номинальные размеры полых деталей гидроцилиндров. Для этого в полую часть вставляют стержень, диаметр которого соответствует восстанавливаемому, и цилиндр обжимают на прессе. Подобным образом восстанавливают и втулки, обжимая на прессе, который укомплектован специальными пуансонами и матрицами.

Способ восстановления деталей наплавкой

Данный метод является наиболее распространенным при восстановлении исходных размеров детали. Причина тому – относительная дешевизна и простота. Для восстановления геометрии изделия понадобится лишь сварочный аппарат и необходимый материал для наплавки.

В том случае, если размер очень сильно разбит, то применяется так называемая комбинированная наплавка. Сущность ее заключается в следующем: сначала посредством газопламенного или электродугового нагрева производится нанесение обычной стали или чугуна. А уже затем осуществляется электродуговая наплавка прочного сплава, обладающего хорошим комплексом механических и физических свойств. Качество поверхности после наплавки можно охарактеризовать как неудовлетворительное, поэтому необходимо припуск. Данная операция может проводиться на токарном, фрезерном или на расточном станке. Допускается также использование долбления и абразивного инструмента (если наплавленный материал очень твердый).

Чтобы восстановить, нужно знать дефекты

Если разделить условно все детали, которые наиболее часто подвергаются восстановлению, то 53,3% всех восстанавливаемых деталей имеют цилиндрическую форму, как наружную, так и внутреннюю. 12,7% всех восстанавливаемых деталей приходится на долю резьбовых деталей, и примерно по 10% – на зубчатые (шестерёнки, звёздочки и т. д.) и шлицевые (валы, втулки) детали. Реже всего восстанавливают плоские детали, всего в 6,5% случаев из 100% ремонтируемых деталей. Это связано с относительно невысокой стоимостью подобных деталей при серийном производстве и достаточной сложностью их восстановления.

Если рассматривать сам процесс восстанавливания, то на первой стадии необходима тщательнейшая очистка детали. Если не уделить чистоте должного внимания, то, например при наплавке оставшаяся грязь, скорее всего, может вызвать образование пор и раковин. А при покрытии гальваническими или химическими способами жировые или иные загрязнения приводят к отслаиванию этих покрытий при эксплуатации.

На следующем этапе проводят дефектацию деталей, сначала внешним осмотром, а затем – используя универсальный измерительный инструмент. Выявляют трещины, забоины, вмятины, участки, значительно пострадавшие от коррозии, поверхности и посадки, имеющие существенную выработку. Для выявления скрытых дефектов, проверки на герметичность, а также для определения правильности взаимного положения сопрягаемых деталей существуют специальный мерительный инструмент и типовые приспособления. От тщательности проведения дефектации в значительной степени зависит качество восстановленной детали.

Конечно, многие скрытые дефекты в полевых условиях обнаружить сложно. Поэтому, скажем, при подозрении на возникновение внутренних трещин в сплошных деталях их желательно выявлять магнитным способом с помощью универсальных магнитных дефектоскопов. На специализированных предприятиях, как правило, имеется подобное оборудования. Для выявления внутренних дефектов в деталях из цветных металлов используют люминесцентную дефектоскопию.

Для обнаружения трещин в корпусных деталях пользуются гидравлическим способом. Предварительно заглушками закрываются все штатные отверстия, затем деталь устанавливают на специальный стенд и внутреннюю полость заполняют водой, создают давление и выдерживают некоторое время.

В экстренных случаях трещины хорошо выявляются обработкой обезжиренной поверхности металла керосином, в который добавляется трансформаторное масло и скипидар, примерно 150 и 50 г на 1 л керосина соответственно. Обработав таким раствором деталь и выдержав 5-10 мин., керосин с детали вытирают насухо и на исследуемую поверхность наносят слой мела. Остатки раствора керосина обязательно выступят на трещинах и покажут величину и форму дефекта.

Гальванические методы в восстановлении деталей

При рассмотрении классификации способов восстановления деталей нельзя не упомянуть о гальванике. Данный метод очень распространен. Гальванические ванны уже давно прочно вошли в промышленность и активно применяются как на производственных предприятиях, так и в исследовательских лабораториях. Область их применения невероятно обширна: от нанесения декоративных покрытий, то травления материалов.

Как правило, данный способ применим лишь при незначительной степени износа трущихся поверхностей, так как толщина наносимых гальваническим способом покрытий очень маленькая. Помимо восстановления заданных размеров, такое покрытие может выступать в качестве защитной пленки и предотвращать коррозию и окисление материалов.

Преимуществом такого метода является возможность получения покрытий с использованием самых разных материалов: никель, хром, алюминий, железо, медь, серебро, золото и так далее. Поэтому нанесение покрытий гальваническим способом используется в очень многих отраслях народного хозяйства.

Пластическое деформирование восстанавливаемых деталей

Восстановление деталей способом пластического деформирования заключается в воссоздании их формы и размеров за счёт перераспределения металла под воздействием нагрузки, приложенной в определенном месте и в определенном направлении.

Изделия из низкоуглеродистых сталей (менее 0,3% углерода) и цветные сплавы реставрируют без подогрева. Средне- и высокоуглеродистые стали подогревают до температуры, определяемой по формуле: Тнагрева=(0,70,9)Тплавления

Основные виды пластического деформирования:

• осадка или осаживание – изменение диаметра цилиндрического изделия путем приложения к торцам осевой нагрузки;
• раздача и обжатие – воссоздание соответственно наружного и внутреннего рабочего диаметра полого тела вращения за счет увеличения (уменьшения) внутреннего нерабочего диаметра;
• вытяжка – увеличение длины изделия за счет местного сужения его поперечного сечения;
• накатка – обработка поверхностей с помощью зубчатого ролика;
• правка – воссоздание формы и устранение изгиба и скручивания (может производиться под прессом путем создания местного поверхностного наклепа и с помощью местного нагрева);
• электромеханический способ восстановления деталей, применяемый, как правило, для обработки тел вращения, включает две операции: создание на поверхности микрорельефа в виде спиральной линии; выглаживание до заданного размера посредством деформирующей пластины.

Характеристика методов термической и химико-термической обработки в восстановлении изделий

Трудно преувеличить роль термической обработки в целом в машиностроении, так и в сфере восстановления деталей в частности. Она позволяет получать необходимые эксплуатационные (износостойкость, твердость) и технологические (обрабатываемость резанием, теплопроводность) качества.

Химико-термическая обработка – это отдельная тема. В отличие от традиционной термической обработки, при осуществлении ХТО изделие подвергается не только воздействию температуры, но также и химической реакции с атомами и ионами других веществ. Атомы диффундируют на определенную глубину внутрь, меняя тем самым химический состав поверхностного слоя. Свойства диффузионного слоя значительно отличаются (в лучшую сторону) от исходного материала. Так борирование (насыщение атомами бора) и цементация (насыщение атомами углерода) значительно увеличивает твердость, способствует уменьшению коэффициента трения. На практике в качестве насыщающих элементов применяют также кремний, азот, алюминий и другие элементы.

Виды наплавки цилиндрических поверхностей

В случаях, когда износ механизма превышает нормы, установленные заводом изготовителем, может использоваться другой вариант. Удаление повреждённой части механическим путем. Изготовление нового изделия и приваривание его на место удалённого. Термическая обработка (при необходимости). Окончательная механическая обработка.

Сварка широко используется при ремонте корпусных деталей, в которых образовались трещины. Технологический процесс включает в себя несколько операций:

• Определение направления трещины.
• Засверливание металла на расстоянии 6 – 10 мм от видимого конца трещины.
• Выборка трещины механическим путем с одновременной разделкой под сварку.
• Заварка трещины с небольшим превышением над поверхностью основного металла.
• Обработка поверхности наплавленного металла заподлицо с основным металлом.
• Проверка геометрических параметров.
• Обработка сопрягаемых поверхностей (при необходимости).

Подготовка трещины к заварке:

• зачистка трещины;
• засверливание концов.