Файл: Стандартизация и качество машин учеб. пособие.pdf

Следует отметить, что нитроцементация, так же как и цемента­ ция могут осуществляться при индукционном нагреве токами высо­ кой частоты, что позволяет еще больше повысить производитель­ ность этих методов.

Борирование производится с целью увеличения сопротивления деталей износу и повышения твердости, которая у борированных деталей не снижается до температуры 900—950° С. Такой комплекс свойств позволяет, например, существенно увеличить долговечность борированных штампов. Борирование повышает также стойкость де­ талей против действия кислот.

Силицирование осуществляется с целью повышения коррозион­ ной стойкости деталей; наиболее широко применяется в химическом машиностроении. Силицирование не оказывает существенного влия­ ния на предел выносливости деталей. Надо иметь в виду, что силицированный слой механически не обрабатывается из-за высокой его хрупкости.

Сульфидирование и сульфоцианирование — процессы насыщения поверхностного слоя стали (чугуна) серой (сульфидирование) и од­ новременно серой, углеродом и азотом ('сульфоцианирование), в результате чего повышается износостойкость трущихся поверхно­ стей деталей машин при граничном трении со средними нагрузками. Эти методы химико-термической обработки увеличивают противоза­ дирные свойства, сопротивление металлов схватыванию; ими обра­ батываются валики, втулки, гайки, поршневые кольца, некоторые инструменты — метчики, долбяки и другие детали. В результате

слоя металлами с целью повышения коррозионной стойкости и изно­ состойкости деталей машин.

Алитирование — насыщение поверхности стальных деталей алю­ минием с целью повышения их жаростойкости до температуры 1000—1150° С и сопротивления атмосферной коррозии.

При эксплуатации алитированных изделий на их поверхности образуется тонкая пленка окисла АЬОз, обладающая высокой хи­ мической стойкостью и прочностью. Однако поверхностный слой алитированных изделий имеет повышенную хрупкость, его пластиче­ ские свойства снижены, что приводит к некоторому уменьшению 1 предела прочности (примерно на 10%).

Алитирование более чем в два раза увеличивает предел коррози­ онной выносливости деталей.

Алитированию подвергаются выхлопные коллекторы двигателей внутреннего сгорания, чугунные колосники, пароперегревательные трубы, детали аппаратуры для крекинга нефти и газа, чехлы термо­ пар и др.

Диффузионное хромирование — насыщение поверхностного слоя изделий (стальных, чугунных) хромом, благодаря чему повышает­ ся их износостойкость, твердость и коррозионная стойкость. Высо­

116

кая коррозионная стойкость хромированных деталей наблюдается в щелочных средах, растворах азотной кислоты и перегретом паре. Жаростойкость хромированного слоя сохраняется до температуры

850—900° С.

Диффузионное хромирование сталей, содержащих более 0,4% углерода, позволяет существенно увеличить твердость их поверх­ ности, до 1300—2000 кгс/мм2 по Виккерсу, что приводит к сущест­ венному увеличению их износостойкости. Диффузионное хромирова­ ние вызывает появление в поверхностном слое остаточных сжимаю­ щих напряжений, однако существенного повышения предела вынос­ ливости при этом не наблюдается.

Диффузионному хромированию подвергаются детали насосов, форсунки, режущие пары и другие детали. В последние годы разви­ ваются методы комплексного термодиффузионного насыщения по­ верхностей деталей машин одновременно несколькими элементами: бороалитирование, боросилицирование, которые придают деталям одновременно высокие жаростойкость, 'кислотоупорность, твердость и износостойкость. Хромоалитирование некоторых деталей турбин реактивных двигателей, изготовленных из жаропрочных никелевых сплавов, повысило их надежность и в несколько раз увеличило дол­ говечность за счет повышения жаростойкости и эрозионной стой­ кости.

Современные методы химико-термической обработки поверх­ ностного слоя расширяют возможности применения конструкцион­ ных металлических материалов и способствуют существенному уве­ личению надежности деталей машин.

Наплавка и напыление металлов. Наплавка и напыление (метал­

стойкости обычных конструкционных материалов. Эти методы так­ же широко используются для восстановления деталей при ремонте. Надо иметь в виду, что при наплавке металлов в поверхностном слое деталей создаются, как правило, растягивающие остаточные напря­ жения (при напылении — возможны напряжения и сжатия и растя­ жения), в результате чего предел выносливости деталей может су­ щественно снизиться и оказать неблагоприятное влияние на долго­ вечность изделия. Это обстоятельство необходимо учитывать, при­ меняя наплавку к деталям, работающим при повторно переменных нагрузках.

Технологически наплавка может осуществляться различными методами: ручная или механизированная дуговая наплавка, электродуговая наплавка под флюсом, электрошлаковая наплавка, ин­ дукционная наплавка, плазменная наплавка. В качестве наплавоч­ ных материалов могут служить: стали углеродистые и легирован­ ные, чугуны, сплавы на основе никеля и кобальта, сплавы на основе меди и др.

Выбор метода наплавки и материала зависит от материала дета­ ли, условий ее эксплуатации и других конкретных условий.

117

Металлизация напылением состоит в расплавлении напыляемо­ го материала и нанесении его с помощью струи сжатого газа на по­ верхность детали. Напыление осуществляется специальными металлизаторами. Расплавление наносимого металла может осуществ­ ляться электрической дугой, токами высокой частоты, газовым пла­ менем и другими способами.

Металлизация широко применяется при ремонте станков, трак­ торов, автомобилей и сельскохозяйственных машин. Металлизация распылением цинка, свинца, алюминия применяется для повыше­ ния ‘коррозионной стойкости деталей.

Гальванические и химические методы нанесения покрытий на металлы, а также лакокрасочные и другие неметаллические покры­ тия рассматриваются в следующем разделе.

Технологические методы повышения коррозионной стойкости металлов. Заданные антикоррозионные свойства материалов и дета­ лей машин создаются в процессе их изготовления главным образом путем легирования 'материалов и нанесения на поверхность деталей защитных покрытий различного характера.

Легирование сплавов — добавление в сплавы специальных эле­ ментов, благодаря чему получают коррозионно-стойкие материалы. Так, легирование стали хромом (около 13%) резко повышает ее электрохимический потенциал (рис. 41), кроме того, на поверхности образуется тонкая, обладающая хорошими защитными свойствами пленка окислов. В результате этого стали в зависимости от состава

0 2 4 В 0 10 12 14 !6 18 20 22 24

Содержание хрома, %

Рис. 41. Влияние содержания хрома на значе­ ние электрохимического потенциала стали

Основными элементами, придающими стали и некоторым спла­ вам высокую стойкость против газовой коррозии, являются хром, алюминий и кремний. Последний применяется реже, так как повы­ шает хрупкость стали.

Коррозионная стойкость алюминиевых и магниевых сплавов увеличивается от добавления к ним около 0,5% марганца, способ­ ствующего более равномерному распределению легирующих эле­ ментов и выравниванию электрохимического потенциала на различ­

ие

ных участках сплава. Надо учитывать, что небольшие отклонения в химическом составе сплава от требований стандартов могут вызвать резкое снижение коррозионной стойкости.

Для конкретных условий эксплуатации и заданного ресурса ма­ шины иногда можно выбрать сплавы и условия их термической и механической обработки таковыми, что дополнительной защиты от коррозии не потребуется. Например, применение сплавов титана, обладающих высокой коррозионной стойкостью, в частности, в мор­ ской воде позволяет существенно увеличить долговечность и надеж­ ность конструкций без дополнительной их защиты.

Специальным режимом обработки резанием на поверхности стальной детали (сталь ЗОХГСА) можно создать структуру «мар­ тенсит особого рода», обладающую высокой коррозионной стойко­ стью, при этом одновременно повышается усталостная прочность и износостойкость.

Распространенным методом защиты от коррозии является при­ менение различных покрытий, которые защищают поверхность ме­ таллических конструкций от действия коррозионной среды. Неме­ таллические покрытия, кроме того, изолируют детали друг от друга, препятствуя работе гальванических элементов.

ГОСТ 9791—68 классифицирует металлические и неметалличе­ ские неорганические покрытия по способам их нанесения (10 спо­ собов).

Лакокрасочные покрытия (органические неметаллические по­ крытия) классифицируются по применяемым материалам, внешне­ му виду поверхности и условиям эксплуатации (ГОСТ 9825—61).

М е т а л л и ч е с к и е п о к р ыт и я . В практике широко приме­ няются металлические цинковые, хромовые, никелевые и другие по­ крытия. Разработаны различные методы нанесения этих покрытий: гальванические, химические, горячий, диффузионный, металлизационный и др.

Независимо от конкретного метода нанесения все металлические покрытия разделяются на анодные и катодные. При анодных по­ крытиях потенциал покрытия является более отрицательным, чем потенциал основного материала детали. Для стали, например, анод­ ными являются покрытия цинком и кадмием (см. табл. 5).

При нарушении анодного покрытия и попадании в место повреж­ дения коррозионной среды (элитролита) основной металл (сталь) не разрушается, так как служит катодом (рис. 42, а ).

Анодные покрытия создают не только механическую, но и элек­ трохимическую защиту детали от коррозии.

Покрытия называются катодными, если защитный металл имеет более положительный электрохимический потенциал, чем основной. Для стальных деталей в обычных условиях эксплуатации катодны­ ми являются хромовые, никелевые, медные, оловянные, серебряные и золотые покрытия.

При повреждении такого покрытия разрушается основной мате­ риал детали — анод (рис. 42, б ).

119