Восстановления и упрочнения рабочих поверхностей

К рабочим поверхностей деталей машин в зависимости от условий их эксплуатации предъявляют определённые требования по различным свойствам: износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости и др. Прочность деталей достигается путём использования соответствующих материалов с необходимыми исходными свойствами. Иными словами, при проектировании машин необходимо исходить из прочности современных материалов.

Важнейшими факторами, определяющими эксплуатационную надёжность и срок службы деталей и конструкционных элементов машин, являются также свойства материалов поверхностей этих деталей и элементов. Например, наземные здания и сооружения подвергаются разрушению под воздействием дождя, ветра и солнечных лучей, суда – от постоянного контакта с морской водой. Химическое оборудование интенсивно изнашивается в результате агрессивного действия различных химикатов, жидкостей и газов, строительные машины изнашиваются от абразивного действия грунта и песка, изнашивание деталей машин общего назначения происходит в результате взаимного трения их рабочих поверхностей.

Увеличение размеров оборудования, повышение его быстродействия и производительности сопровождаются ужесточением условий работы его узлов и механизмов. Увеличение срока службы деталей машин можно обеспечить путём образования на поверхности этих деталей и элементов слоёв или покрытий, обладающих высоким уровнем требуемых свойств – коррозионной стойкости при высоких температурах, износостойкости, твёрдости, жаростойкости и др.

В таблице 3.1 показаны основные способы поверхностной обработки деталей и узлов различных машин и механизмов, нашедшие практическое применение.

Таблица 3.1

Способы поверхностной обработки

Способы	Существо способа	Особенности и назначение
Химические и электрохимические способы
Электроли-тическое метало-покрытие	Осаждение металла с образованием покрытия на поверхности изделия при пропускании тока между анодом (пластиной из металла, наносимого на изделие) и катодом (обра-батываемым изделием)	Никелирование осущест-вляют для повышения кор-розионной стойкости. Ни-келевое покрытие (твёрдос-тью HV 140…240) исполь-зуют в декоративных целях или для реставрации изно-шенных деталей машин. Хромирование обеспечи-вает получение твёрдого или мягкого покрытия. Хромовое покрытие, обла-дающее высокой коррозии-онной стойкостью, исполь-зуют для декоративных целей, а твёрдое (HV 800…1000), с высокой из-носостойкостью – для по-вышения износостойкости деталей машин, реставра-ции изношенных деталей и поверхностного упрочне-ния штампов и пресс-форм для обработки металлов и пластмасс
Химическое покрытие	Образование фосфатного, оксалатного, оксидного или иного химического неме-таллического покрытия на поверхности металличес-ких изделий, погружённых в раствор требуемого соста-ва и выдерживаемых в нём при температуре до 200^оС	Применяют при обработке изделий из алюминия, маг-ния, меди, стали и других металлов для повышения коррозионной стойкости, в декоративных целях или как грунтовку перед окрас-кой, в частности как способ повышения коррозионной стойкости высокопрочных болтов, автомобильных де-талей и др.

Продолжение таблицы 3.1

Способы	Существо способа	Особенности и назначение
Химическое металлопо-крытие	Образование покрытия на поверхности металличес-ких изделий за счёт осаждения ионов металла из водного раствора хло-рида металла без приме-нения электрического тока	Используют для покрытия латунью, кадмием, медью, золотом, никелем, оловом и другими металлами
Физические способы
Горячее ме-таллопокры-тие погру-жением	Образование покрытия пу-тём погружения металли-ческого изделия в ванну расплавленного металла	Горячее алюминирование – погружение стальных изде-лий в ванну расплавленного алюминия с температурой не ниже 680^оС, с образова-нием поверхностного слоя сплава железа с алюминием толщиной до 0,1 мм для повышения их стойкости к окислению и коррозионной стойкости при высоких температурах. Горячее цинкование – по-гружение стальных изделий в ванну расплавленного ци-нка с температурой 450^оС для образования метало-покрытия, состоящего из слоя чистого цинка и твёрдого слоя сплава желе-за с цинком
Наплавка	Нанесение слоя расплав-ленного металла на оплав-ленную металлическую по-верхность путём плавления присадочного материала те-плотой кислородно-ацети-ленового пламени, или плазменной дуги и др.	Для восстановления изно-шенных деталей и создания на поверхности изделия слоя, обладающего повы-шенной износостойкостью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью и другими свойствами

Продолжение таблицы 3.1

Способы	Существо способа	Особенности и назначение
Диффузи-онное на-сыщение	Диффузионное насыщение поверхностного слоя изде-лия металлом при высокой температуре с использова-нием насыщающего соста-ва, основным компонентом которого является металл, сплав или металлическое соединение	Диффузионное насыщение алюминием осуществляют в смеси алюминиевого по-рошка с набольшим коли-чеством хлористого аммо-ния при температуре 850… 1000^оС. На поверхности изделия образуется слой сплава железа с алюмини-ем, обладающий высокой стойкостью к окислению и коррозионной стойкостью при высокой температуре. Диффузионное насыщение хромом осуществляют в смеси феррохрома, йодис-того аммония и порош-кового каолина при тем-пературе нагрева 950… 1100^оС при обработке уг-леродистой стали, содер-жащей до 0,3% С, и 800…950^оС – при обра-ботке высокоуглеродистой стали. Первую из сталей обрабатывают для повы-шения коррозионной стойкости, вторую – для повышения твёрдости
Вакуумное осаждение	Нанесение слоя путём оса-ждения атомов или молекул или соединения на поверх-ности изделия при их воз-гонке в условиях высокого вакуума (остаточное давле-ние 13, 3…1,3 мПа)	Для улучшения металли-ческого блеска и повыше-ния оптических свойств поверхности изделий

Продолжение таблицы 3.1

Способы	Существо способа	Особенности и назначение
Сульфиди-рование	Образование сульфидного слоя на поверхности сталь-ных изделий в результате диффузии свободной серы, образующейся при тем-пературе обработки (до 600^оС) за счёт распада сульфуратора, состоящего из нейтральной соли, карбоната или другого неорганического вещества с добавлением сернистого соединения	Сульфидный слой предот-вращает заедание, повыша-ет износостойкость
Цементация	Диффузионное насыщение углеродом поверхности из-делий из низкоуглеродис-той или низколегированной стали при температуре 800…950^оС. По виду кар-бюризатора цементация бы-вает газообразной (среда – оксид углерода, метан или иной восстановительный газ, содержащий углерод), твёрдой (среда – древесный уголь, углекислый натрий, кальций и барий или их смесь), жидкой (среда – соляная ванна на основе цианистого натрия)	Для упрочнения поверх-ностного слоя до твёрдости HV 700..850. Используют для обработки автомобиль-ных и других деталей машин, инструментов
Азотиро-вание	Образование нитридного слоя на поверхности изде-лий из стали, содержащей алюминий, хром, молибден и другие легирующие эле-менты, при нагреве до 475…580^оС в среде амми-ака. Азотирование бывает жидким и газовым	Для повышения износо-стойкости, коррозионной стойкости и усталостной прочности поверхностного слоя зубчатых колёс и других деталей машин с твёрдостью HV 500…1200

Продолжение таблицы 3.1

Способы	Существо способа	Особенности и назначение
Нитроце-ментация	Одновременное насыщение поверхности изделий из углеродистой стали азотом и углеродом при нагреве до температуры 750…900^оС в атмосфере, состоящей из газообразного карбюриза-тора с добавлением нес-кольких процентов аммиа-ка, с последующей закал-кой изделия от температу-ры обработки	Для повышения износо-стойкости и коррозионной стойкости поверхности из-делий
Электро-искровое упрочнение	Образование упрочнённого слоя за счёт диффузион-ного переноса вещества электрода в поверхностный слой изделия в условиях высокотемпературного ис-крового разряда между изделием и электродом при передаче колебательных движений от магнитного вибратора на электрод, ви-брация которого сопровож-дается периодическим раз-мыканием цепи, соединяя-ющий электрод с изделием с помощью конденсатора, подключённого к источ-нику тока через сопротив-ление	Применяют как способ повышения износостойко-сти за счёт поверхностного упрочнения. Используют для упрочнения штампов и пресс-форм
Газопламен-ная закалка	Образование упрочнённого слоя закалкой после наг-рева поверхности стальных изделий пламенем горючей смеси (ацетилена, пропана или светильного газа с кислородом)	Для повышения износо-стойкости за счёт повыше-ния твердости

Окончание таблицы 3.1

Способы	Существо способа	Особенности и назначение
Индукцион-ная закалка	Упрочнение закалкой пос-редством нагрева поверхно-сти стального изделия то-ком высокой частоты (ТВЧ)	Для повышения износо-стойкости за счёт повыше-ния твердости
Эмалиро-вание	Нанесение на поверхность металлических изделий сте-клянной глазури и обжиг	Для повышения коррози-онной стойкости и из-носостойкости, жаропрочн-ости, электроизоляционных свойств
Механические способы
Плакиро-вание	Изготовление листа из двух и большего числа металли-ческих слоёв, соединённых между собой способом про-катки, сварки взрывом или литьём	В качестве плакирующего материала используют кор-розионностойкую сталь, никель, монель-металл, медь, сплав «хастеллой», титан и другие металлы, обладающие высокой кор-розионной стойкостью
Дробеструй-ная обработ-ка	Образование механически упрочнённого слоя (наклёп) путём бомбардирования по-верхности изделия метал-лической дробью	Для повышения усталост-ной прочности изделий с упрочнением поверхност-ного слоя на глубину 0,3…0,5 мм
Напыление	Образование на поверхно-сти изделия покрытия из нагретых до плавления или близкого к нему состояния частиц распыляемого мате-риала с использованием теплоты сжигания горючей смеси или теплоты дугово-го разряда в газовых средах	Для повышения износо-стойкости, коррозионной стойкости, жаропрочности или для восстановления из-ношенных деталей. В каче-стве напыляемого матери-ала используют металлы, сплавы, соединения метал-лов и другие материалы

Дата добавления: 2015-07-07