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

значительно возрастает его хрупкость. С увеличением времен» выдержки (до 6—7 ч) толщина слоя возрастает по параболи­ ческому закону. Микротвердость слоя составляет 2000—2500 ед. Наибольшую твердость имеет борированная поверхность дета­ лей из сталей 55С2А и ЗОХГСА, несколько меньшую — из сталей 12ХН2А и 12ХНЗА, еще меньшую — из сталей 40Х и 35.

При любых температурах (прочие условия одинаковые) максимальная толщина борированного слоя получается на деталях из стали ЗОХГСА, затем она последовательно умень­ шается на деталях, изготовленных соответственно из сталей 50С2А, 12ХНЗА, 12ХН2А, 35 и 40Х. Рекомендуется детали из указанных сталей борировать при температуре 950° С и выдер­ жке в течение 6 ч. При этих условиях получается слой наилуч­ шего качества и достигается высокая износостойкость борированных деталей. Из указанных выше сталей, подвергнутых, сравнительным испытаниям, после борирования наиболее изно­ состойкой оказалась сталь 12ХН2А, а затем стали 12ХНЗА и 40Х. С целью повышения предела выносливости борированной стали рекомендуется упрочнять ее обкаткой роликами [26]. Свойства слоя бора не изменяются при нагреве до температуры 950° С. Этот слой имеет повышенные кислотостойкость и жаростойкость при нагреве до температуры 300° С. Высокая твердость слоя бо­ ра увеличивает износостойкость поверхности детали. Поэтому борированием упрочняют детали машин, работающие в тяжелых

в4 раза по сравнению с втулками, закаленными т. в. ч.

Впрактике используется процесс борирования рабочих; поверхностей деталей на глубину 0,2—0,4 мм в расплаве буры при температуре 900—950° С и плотности тока 0,15 А/дм2.

Получаемый слой обладает высокой твердостью (1600— 2000 ед.). Установка для борирования состоит из тигельной печи Ц-35, источников постоянного тока для электролиза расплав­ ленной буры и катодной защиты тигля. Тигли отливают из ста­ лей Х24Н12СЛ и Х23Н13. Анодом служит графитовый электрод,, катодом — борируемая деталь. На рис. ПО показано влияние борирования на износостойкость (потеря веса в г) деталей

Оксидирование и фосфатирование. Все металлы на воздухе покрыты окисной пленкой, которая защищает их от действия окружающей среды, но толщина этих пленок мала. Для полу­ чения окисных пленок значительной толщины применяют спе­ циальную химическую, термическую или электрохимическую1

обработку поверхности металла. Наиболее широко применяются глубокое оксидирование и эматалирование.

Глубокое оксидирование — это процесс получения оксидных пленок толщиной более 60 мкм с высокой микротвердостью (400—450 ед.) и хорошими электроизоляционными свойствами. Этот процесс применяется для повышения износостойкости зубчатых колес, деталей двигателей, текстильных машин и дру­ гих деталей из алюминия и его сплавов с содержанием не более 4,5% Си и не более 7% Si. Износостойкость перечисленных де-

Рис. ПО. Влияние борирования на

талей после оксидирования при работе со смазкой повышается в 5—10 раз.

Для глубокого оксидирования используют электролит, содержащий 180—200 г/л химически чистой или аккумуляторной

ность тока поддерживается в пределах 2,5—5 А/дм2, а темпе­ ратура электролита 5—0° С. Начальное напряжение обычно составляет 20—24 В. При обработке вторичных сплавов темпе­ ратуру электролита рекомендуется снижать до —10° С. Для оксидирования можно использовать как постоянный, так и пере­ менный ток. Лучшие результаты получаются при наложении переменного тока на постоянный.

Процесс глубокого оксидирования имеет технологические трудности, вызываемые нарушением режима охлаждения, отклонением состава электролита от нормы, недостаточной подготовкой поверхности, наличием на деталях острых углов и граней. Размеры деталей при оксидировании увеличиваются приблизительно на половину толщины оксидного слоя.

Для повышения стойкости против коррозии детали после оксидирования и тщательной промывки в воде подвергают специальной обработке для уплотнения оксидной пленки, чтобы закрыть доступ окружающей среды к металлу через поры плен­ ки. Для этого детали погружают в расплавленный парафин или воск, покрывают их олифой, лаками, наполняют поры хроматами и др.

Эматалирование заключается в электролитическом нанесе­ нии непрозрачных пленок толщиной 10—12 мкм, микротвердо-

стыо 600—700 ед., имеющих красивый декоративный вид, а при использовании щавелевокислых электролитов — высокие изно­ состойкость и диэлектрические свойства. Пленки могут быть блестящими, матовыми, окрашенными. По внешнему виду они напоминают фарфор, пластмассу, мрамор, эмаль. Эматалевый слой стоек в органических растворителях, минеральных и животных маслах, органических кислотах; не трескается при ударных и сжимающих нагрузках; выдерживает нагрев до температуры 300° С. Эти качества пленки используются для защиты от коррозии и отделки медицинских аппаратов, прибо­ ров, мебели, а также для повышения износостойкости деталей машин из алюминиевых сплавов, в которых содержание леги­ рующих добавок не должно превышать 2% Си, 1% Fe, 1% Ni, 8% Zn, 8% Mg, 1% Mn.

Для уплотнения эматалевой пленки детали после обработки кипятят в дистиллированной воде.

В результате фосфатирования на поверхности деталей из углеродистых и низкоуглеродистых сталей, чугуна и некоторых цветных металлов (алюминия, магния, цинка, кадмия) обра­ зуются пленки нерастворимых солей марганца и цинка толщи­ ной 2—15 мкм. При этом размеры детали увеличиваются на значительно меньшую величину, чем толщина фосфатной плен­ ки, так как обрабатываемый металл частично растворяется. Фосфатный слой устойчив на воздухе, в керосине, толуоле, смазочных маслах и легко разрушается в щелочах и кислотах. Фосфатные пленки прочно удерживают масла, лаки, краски и обладают хорошей адгезионной способностью. Они имеют не­ высокую механическую прочность и плохо сопротивляются истиранию. Фосфатные пленки жаростойки при температуре 500—600° С. Расплавленный металл не смачивает пленок.

Упрочнение нанесением на рабочие поверхности деталей химическим способом материалов с высокими эксплуатационными свойствами

В промышленности применяются различные химические способы нанесения никелевых, хромовых, кобальтовых, никелькобальтовых и других покрытий. Процесс химического нанесе­ ния покрытий состоит из следующих операций: подготовки заготовок к покрытию, нанесения покрытия на рабочие поверх­ ности деталей, термической обработки и механической обработ­ ки. Готовят заготовки к химическому покрытию так же, как и к гальваническому.

После термической обработки покрытий при температуре 350—450° С прочность их сцепления с основным металлом де­ тали, твердость и износостойкость возрастают в 1,5 раза и более. Прочность сцепления, покрытия с основным металлом высокая;

например со сталью 10 — выше 30 кгс/мм2. Прочность сцепления слоя, наносимого химическим путем, с углеродистыми сталями выше, чем с легированными или быстрорежущими.

Скорость осаждения металла зависит от температуры ванны. Так, с повышением температуры никелевой ванны от 50 до 90° С скорость осаждения никеля возрастает примерно в 7 раз.

Для химического способа нанесения покрытий используется несложное оборудование. Установка для химического никели­ рования состоит из бака с раствором, ванны, теплообменников, баков с хлористым никелем, гипофосфатом и едким натром, насосов, регулятора, соленоидного клапана, фильтра и электро­ да. Никель осаждается при температуре 80—90° С.

Химическое хромирование возможно только по слою никеля толщиной более 1 мкм. Для нормальной работы в ванну через каждый час добавляют до 3 г/л гипофосфита и до 3 г/л уксусной кислоты и едкого натра. Катализаторами служат пластинки из железа, алюминия или других металлов, которые контактируют с обрабатываемыми заготовками. С целью придания слою хрома более высокой твердости заготовки нагревают до температуры 600—800° С, а затем механически обрабатывают (обычно полируют).

Предел выносливости деталей, покрытых никелем и прошед­

ратуры, силуминовых корпусов гидравлических насосов, золот­ ников и поршней гидравлических агрегатов из дуралюмина Д1. Химическое никелирование рекомендуется использовать для защиты изделий, работающих в условиях среднего и повышен­

Химический способ применяют при покрытии никелем керамики, пластмассы и других диэлектриков для создания металлической проводящей поверхности, а также для деталей из алюминия и его сплавов, титана и керамики, чтобы получить возможность паять их мягкими припоями.

На ряде предприятий химическое никелирование позволило заменить дорогие высоколегированные стали (типа Х17Н2), работающие при температуре до 600° С, менее легированными.

Термически обработанные никелевые покрытия вследствие их большой твердости, хорошей прирабатываемости, высокой износостойкости, возможности нанесения на различные детали сложного профиля должны найти широкое применение в маши­ ностроении для повышения надежности машин.

Химическое хромирование применяется для упрочнения деталей машин и инструмента. Таким путем целесообразно упрочнять режущие инструменты, предназначенные для работы с малыми стружками и повышенными скоростями резания, а