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

■стящих, более твердых и хрупких осадков, очаги разрушения крупнее, у молочных — мельче. Это объясняется меньшей по­ ристостью и более низкими внутренними напряжениями молоч­ ного хрома. При небольших толщинах хрома (порядка 20 мкм) потери в весе за второй и третий часы резко увеличиваются вследствие изнашивания основного металла, особенно в случае блестящих осадков. Молочный хром притирается лучше, чем блестящий, что важно при изготовлении таких деталей, как клапаны гидропрессов.

Стойкость молочного хромового осадка кавитационному разрушению не зависит от стойкости основного материала детали. Кавитационное разрушение молочного хрома в 13 раз меньше, чем стали 45. В этом отношении он не уступает высоко­ хромистым сталям 2X13, Х9С2, а также сталям У8, ХВГ, обра­ ботанным на высокую твердость.

работающих в условиях кавитационного разрушения, например, стенки элементов уплотнений, работающих с вибрацией в сопри­ косновении с жидкостью, зубья колес, подверженных кавита­ ционному разрушению, клапанные детали гидравлических прес­ сов и др. Толщину слоя хрома следует назначить исходя из условий работы детали: чем жестче кавитационные условия и чем дольше надо защищать деталь от разрушения, тем больший

. слой хрома требуется. Слои тоньше 50 мкм наносить не рекомен­ дуется. Для клапанных деталей гидропрессов слой должен быть толщиной 150—250 мкм.

Для повышения износостойкости деталей применяют также плотные покрытия, наносимые по накатке. Срок службы их в 1,5—2 раза больше, чем пористых покрытий, а расход хрома на 30—50% меньше расхода при канальчатом хромировании.

Долгое время применение гальванического хромирования, особенно в массовом производстве, ограничивалось вследствие низкой скорости наращивания хрома в стационарных ваннах и отсутствия автоматизированного оборудования. В настоящее время освоено более производительное хромирование на токе переменной полярности, в саморегулирующихся электролитах, струйное и проточное хромирование. Проводятся работы по комплексной автоматизации и механизации процессов хроми­ рования.

Влияние продолжительности испытаний на кавитационное разрушение сталей показано на рис. 108.

Осталивание. При осталивании из растворов солей железа (хлористого железа или железного купороса) на рабочие поверхности деталей машин электролитически наращивают

железные покрытия большой твердости, приближающиеся

ктвердости стали, поэтому процесс называют осталиванием.

Взависимости от состава электролита и режимов остали-

вания покрытия получаются мягкие с твердостью до НВ 200 и твердые с твердостью, соответствующей углеродистой закален­ ной стали (НВ 250—600). Прочность сцепления покрытий со сталью, медью и чугуном достигает 1500 кгс/см2, вследствие че­ го детали надежно работают при больших нагрузках. Покрытия не отслаиваются даже при пластических деформациях.

На прочность сцепления влия­ ют способ механической обработки и шероховатость исходной

поверхности. Максимальная прочность сцепления для незака­ ленных сталей, чугунов и цветных металлов может быть до­ стигнута при 7-м классе чистоты поверхности, полученной точе­ нием, а для закаленных сталей — при 8-м классе чистоты по­ верхности, полученной шлифованием.

Прочность сцепления зависит также от свойств основного металла, его химического состава и термической обработки. При увеличении содержания углерода в стали от 0,2 до 0,5% проч­ ность понижается в среднем на 36%; у закаленных и отпущен­ ных сталей она на 25—35% ниже, чем у термически необрабо­ танных.

Мягкими покрытиями можно наращивать детали с высокой поверхностной твердостью и наружные поверхности бронзовых втулок при ослаблении посадок в отверстиях; их можно использовать для повышения прочности сцепления баббита

с чугунными вкладышами, изготовления биметаллических элек­ тродов и т. д. Харьковский тракторный завод изготовлял серийные тракторы с поршневыми кольцами, покрытыми слоем электролитического железа по пористому хрому. Покрытие наносят в электролите с содержанием 40 г/л сернокислого железа (закисного) и 200 г/л хлористого натрия при темпера­ туре 85—90° С и плотности тока 2 А/дм2. Толщина осажденного

хорошо прирабатываются, а долговечность колец и гильз повышается.

Твердые покрытия применяют при ремонте для наращивания изношенных поверхностей трения стальных и чугунных деталей (шеек, валов, гнезд подшипников, корпусов и др.) до номи­ нальных размеров. При внедрении процесса проточного осталивания (вне ванны) можно наращивать слои толщиной 0,8 —1,0 мм на внутренние поверхности деталей. Если твердость покрытия недостаточна, рекомендуется подвергать детали последующей цементации или хромированию. Себестоимость покрытия 1 см2 рабочей поверхности при осталивании в 2—3 раза меньше, чем при хромировании.

Предел выносливости деталей, упрочненных осталиванием, снижается на 10—25% в зависимости от способа подготовки поверхности перед покрытием; на 10—70% в зависимости от твердости нарощенного слоя и на 20—25% в зависимости от термической обработки после покрытия.

Изменение напряженного состояния покрываемой поверх­ ности путем закалки с нагревом т. в. ч. до покрытия, а также наклепа до покрытия и после покрытия почти полностью восстанавливает предел выносливости исходного материала заготовки детали.

При анодной обработке в ванне осталивания электролитиче­ ски осажденного железа в слое покрытия образуются поры, подобные порам электролитического хрома. Смачиваемость

трении со смазкой износостойкость электролитического железа не находится в прямой пропорциональности с твердостью при всех значениях последней. В зависимости от условий изнаши­ вания пар трения следует получать покрытия с оптимальной твердостью. Так, например, при трении электролитического железа по чугуну при давлении 75 кгс/см2 и скорости взаимного

перемещения 1,0 м/с оптимальное значение микротвердости составляет Н 400—450. При тех же условиях трения, но в паре с баббитом, величина оптимальной твердости повышается до

окислительный износ; при твердостях выше оптимальных значений — хрупкое скалывание покрытий. В сопоставляемых условиях износостойкость электролитического железа при опти­ мальном значении микротвердости приближается к износостой­ кости закаленной стали 45.

Износостойкость электролитического сплава железо—никель в 1,5—2 раза превосходит износостойкость твердого электроли­ тического железа.

Основным способом "механической обработки осталенных цилиндров поверхностей является шлифование. Чтобы не допу­ стить снижения микротвердости поверхностного слоя и получить чистоту поверхности 7—8-го классов, рекомендуется при шлифо­ вании электролитического железа с микротвердостью 500 ед. применять круги Э40СМ2К5. Глубина шлифования 0,06— 0,10 мм/дв. ход, окружная скорость круга 25—40 м/с. Смазочно­

источники постоянного тока в 3—4 раза меньшей мощности, чем при хромировании.

Электролиты твердого никелирования применяются различ­ ных составов. Приборостроительные заводы для получения высокотвердых блестящих покрытий используют электролит следующего состава: 140 г/л сернокислого никеля и 300 г/л щавелевокислого аммония, кислотность электролита составляет

в муфельных печах при температуре 300—500° С. Это на 200— 250 ед. увеличивает микротвердость Н покрытия и повышает коррозионную стойкость деталей (рис. 109).

Коррозионная стойкость фосфористоникелевых покрытий в атмосферных условиях и пресной воде выше, чем у хромовых

а с легированными 700—900 кгс/см2. Коэффициент трения стали по чугуну на 30% ниже, чем у хрома, а по бронзе несколько выше. При сухом трении износостойкость покрытия в 2,5—3 раза выше, чем у закаленной стали 45, и на 10—20% ниже, чем у хро­ ма. Покрытия из фосфористого никеля меньше снижают предел

Рис. 109. Влияние термической об­ работки на микротвердость фосфо­ ристоникелевых покрытий:

1 — содержание фосфора 5%; 2 — содержание фосфора 9%

выносливости, чем хромовые и обычные никелевые. Изнашива­ ние сопряженных деталей из различных металлов при работе по фосфористоникелевым покрытиям в 4—5 раз меньше, чем при работе по стали, и на 20—40% меньше, чем при работе по хрому.

Твердое никелирование можно применять для упрочнения и восстановления коленчатых валов, шпинделей металлорежу­ щих станков, поршневых пальцев, гильз цилиндров, поршней гидравлических машин, направляющих втулок и т. п., а также при ремонте наподвижных посадок и деталей приборов. При восстановлении шпинделей металлорежущих станков, шеек

создается элементарный бор, который в момент выделения диф­ фундирует в металл, образуя на его поверхности бориды желе­

ного терморегулятора. Установка работает на постоянном токе. К основным технологическим факторам, влияющим на физико-механические и эксплуатационные свойства слоя бора, относятся температура электролита, время выдержки и химиче­

ский состав материала обрабатываемых заготовок.

На низколегированных сталях при температуре до 950° С можно получить слой толщиной около 0,3 мм. При дальнейшем повышении температуры толщина слоя увеличивается мало, но