Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

ствам следует отнести возможность наращивания на шейки валов машин, станин станков и других деталей слоев материала

щего состава напыляемого материала и выбора режимов обра­ ботки. Способ металлизации позволяет наносить слои из мате-

электрометаллизации

риалов со специальными свойствами, в результате чего не только увеличивается износостойкость, но и повышаются другие эксплуатационные свойства, например, жаростойкость и корро­ зионная стойкость. Свойства металла заготовки вследствие незначительного нагрева его в процессе напыления не изме­ няются. К преимуществам следует также отнести сравнительную простоту и малую стоимость процесса.

К основным недостаткам способа металлизации относятся хрупкость нанесенного слоя и не всегда достаточная прочность сцепления с металлом заготовки, снижение механической проч­ ности и особенно предела выносливости деталей в результате уменьшения размеров при подготовке поверхности и нарушения целостности рабочей поверхности деталей. Чтобы избежать тре­ щин в напыленном слое и добиться лучшего сцепления его с ос­ новным металлом, надо стремиться снизить остаточные напря­ жения в слое. Недостатком процесса является также трудность последующей механической обработки металлизованного слоя.

ходит срок службы цементованных и закаленных деталей. После прекращения подачи смазки продолжительность работы до момента заедания у металлизованных слоев толщиной 5 мм в 10—14 раз больше продолжительности работы закаленных поверхностей многих автотракторных и других деталей. Метал­ лизацию напылением можно рекомендовать для нанесения

в промышленности начинают применять плазменное напыление материалов со специальными свойствами на металлы, керамику, пластмассы, стекло, дерево и т. п. По технологическим возможностям этот способ превосходит применяемые способы нанесения покрытий. При этом способе расплавление и распыле­ ние тугоплавких материалов осуществляется с помощью высокотемпературной плазменной струи. При плазменном напы­ лении в качестве материала покрытий используются окиси алю­ миния, вольфрам, молибден, ниобий, интерметаллоиды, силициды, всевозможные карбиды, бориды и др. В соответствии со свойствами наносимых покрытий может быть обеспечена требуемая жаропрочность, сопротивление олислению, износо­ устойчивость при высоких температурах и в различных средах.

Плазменное напыление покрытий имеет ряд преимуществ по сравнению с защитными покрытиями других видов: сверхвысо­ кие температуры плазменного напыления позволяют расплав­ лять и наносить различные материалы с высокой температурой их плавления; поток плазмообразующего газа, не содержащего кислорода, позволяет напылять материалы без их разложения, не допуская окисления поверхности обрабатываемого изделия; поток плазмы дает возможность получать сплавы различных материалов, в том числе тугоплавких, теплостойких, и наносить многослойные покрытия; высокая скорость потока газа позволя­ ет увеличить плотность покрытия до 98% и достичь прочного сцепления с основным металлом заготовки; покрываемая поверхность заготовки нагревается до температуры не выше 200° С, что исключает коробление деталей и позволяет наносить материал на дерево, пластмассы и т. п.; энергетические харак­ теристики потока плазмы легко регулировать в зависимости от требований технологии, что неосуществимо при газопламенном методе напыления.

Наиболее часто плазменное напыление используется для нанесения тугоплавких соединений. В этом и других случаях материал покрытия должен обеспечивать защиту от разрушения

иокисления основного материала заготовки, хорошую прочность

исцепление с основным материалом, минимальную диффузию атомов основного материала и покрытия, ограниченную лету­ честь основного материала и стойкость при циклической терми­ ческой нагрузке.

Для получения покрытий с заданными свойствами необхо­ димо проводить дальнейшие исследования для определения оптимальных режимов процесса, совершенствования оборудова­ ния, выбора оптимальной дисперсности частиц материалов для напыления и изыскания способов получения беспористых покры­ тий без дополнительной их обработки.

Упрочнение нанесением на рабочие поверхности деталей

электролитическим способом материалов с высокими эксплуатационными свойствами

Для упрочнения деталей машин наиболее часто применяется хромирование, осталивание, покрытие твердым никелем, борирование и наращивание тонких слоев сплавов. Электролитичес­ кие покрытия оказывают существенное влияние на предел вынос­ ливости, износостойкость и коррозионную стойкость и другие эксплуатационные свойства деталей, машин и конструкций.

Хромирование. Хромирование может быть декоративное, ан­ тикоррозионное и износостойкое. Если хромирование применяют для защиты от коррозии, то стальные заготовки подвергают многослойному покрытию, например, слоем меди толщиной 0,03—0,04 мм, слоем никеля толщиной 0,015—0,20 мм и слоем хрома толщиной 0,001—0,0015 мм. Подслои также необходимы, если детали работают на износ в коррозионных средах.

При износостойком хромировании слой толщиной до 0,1— 1,0 мм наносят непосредственно на стальную поверхность. Для восстановления номинальных размеров машин в процессе ре­ монта и упрочнения при изготовлении новых деталей применяют главным образом износостойкое хромирование. Хромовые покрытия снижают коэффициент трения сопряженных пар, что

испытании на сдвиг достигает 30 кгс/мм2. Однако следует иметь в виду, что стали с высоким содержанием вольфрама и кобаль­ та, а также высокоуглеродистые стали и высококремнистые чугуны нельзя покрывать хромом. Также трудно получить хорошее сцепление хрома с поверхностью деталей, испытываю­ щих значительные внутренние напряжения, например, в резуль­ тате неправильно проведенной закалки.

Прочность электролитического хрома резко снижается при увеличении толщины слоя покрытия. Увеличение толщины слоя от 0,1 до 0,5 мм снижает предел прочности в 2—3 раза. Меха­ нические свойства электролитического хрома ограничивают применение его для больших удельных нагрузок, как правило,

они не должны превышать 25 кгс/мм2. Предел выносливости стали после хромирования снижается на 15—20% и в степени тем большей, чем больше толщина слоя хрома. Для восстанов­ ления и в некоторых случаях для повышения предела выносли­ вости поверхности деталей перед покрытием подвергают наклепу дробью или обкатке роликом.

При назначении хромирования в качестве способа упрочне­ ния необходимо учитывать нецелесообразность увеличения тол­ щины хрома свыше 0,5 мм, так как допустимая величина износа деталей, предназначенных к упрочнению хромированием, нахо­ дится в пределах 0,05—0,50 мм и в редких случаях до 1,0 мм.

Гальваническое хромирование начали применять для упроч­ нения таких деталей, как зубчатые колеса. В ЦНИИТМАШе для замены цветных металлов было осуществлено хромирова­ ние червячных цилиндрических валов из стали 45.

Наибольшая эффективность упрочнения достигается при «пористом» хроме, особенно с крупной сеткой каналов. Это объясняется тем, что поры и каналы улучшают смазываемость рабочей поверхности червяка, вследствие чего повышается кон­ тактная выносливость пары.

Большой интерес представляет хромирование деталей, работающих в условиях кавитационного разрушения. Сопротив­ ляемость электролитических осадков хрома кавитационному разрушению зависит от их твердости и типа. Твердость осадков, измеренная прибором ПМТ-3 при нагрузке на индикатор 50 Г, практически постоянна для слоя хрома толщиной свыше 20 мкм, а при нагрузке 100 Г — для слоя толщиной свыше 45 мкм, что объясняется влиянием сравнительно низкой твердости хроми­ руемого металла. В области блестящих покрытий при темпера­ туре электролита 45—55° С твердость осадков изменяется незначительно. С увеличением блеска твердость повышается. Твердость молочных покрытий, получаемых при температуре выше 55° С, понижается вследствие изменения структурной мо­ дификации хрома и укрупнения зерна.

электролита 45—47° С, плотность тока 30 А/дм2, средняя твер­

трубки и погружали в сосуд с водой на глубину 3 мм. Темпе­ ратура воды была 25° С. Испытание продолжали в течение 3 ч (образцы взвешивали каждый час для определения потерь в весе). Установлено, что молочные хромовые осадки обладают лучшей сопротивляемостью кавитации, чем блестящие. У бле-