Розділ 2. Перспективні методи

ПОВЕРХНЕВОЇ ОБРОБКИ.................................... 281

2.1. Плазмове наплавлення................................................. 281

2.1.1. Способи одержання плазми................................. 282

2.1.2. Схеми плазмового наплавлення.......................... 284

2.1.3. Установка для плазмового наплавлення

порошковими матеріалами.................................. 287

2.1.3.1. Загальна будова установки.......................... 287

2.1.3.2. Будова і принцип роботи.............................. 289

2.1.3.3. Порядок роботи............................................ 292

2.1.4. Процес плазмового наплавлення......................... 293

2.1.5. Формування евтектичних покриттів

на залізовуглецевих сплавах................................ 294

2.1.6. Порошкові матеріали для наплавлення та вимоги

до них.................................................................... 297

2.1.6.1. Технологічні характеристики порошкових

матеріалів...................................................... 299

2.1.6.2. Підготовка матеріалів до наплавлення........ 300

2.1.7. Підготовка деталі до наплавлення....................... 301

2.1.8. Структура покриттів............................................ 302

2.1.9. Мікротвердість та твердість................................ 306

2.1.10. Переваги та недоліки методу............................. 306

2.1.11. Застосування плазмового наплавлення............. 308

2.2. Плазмове напилення.................................................... 310

2.2.1. Діаграма стану Fe-Ni............................................ 311

2.2.2. Підбір матеріалу для плазмового напилення...... 314

2.2.2.1. Порошкові матеріали................................... 315

2.2.3. Технологія плазмового напилення...................... 318

2.2.3.1. Швидкість і температура часток

напилюваного матеріалу.............................. 322

2.2.4. Структура поверхневого шару............................ 323

2.2.4.1. Формування плазмового покриття.............. 325

2.2.5. Властивості та практичне застосування.............. 328

2.2.5.1. Зносостійкість і фрикційні властивості

напилених покриттів..................................... 328

2.2.5.2. Застосування плазмового напилення........... 330

2.3. Детонаційне напилення................................................ 334

2.3.1. Діаграма стану Fe-Mn-B....................................... 334

2.3.2. Технологія детонаційного напилення................. 335

2.3.2.1. Підготовка порошкових матеріалів............. 335

2.3.2.2. Підготовка деталі до зміцнення................... 335

2.3.2.3. Детонаційно-газовий метод напилення....... 338

2.3.3. Структурно-фазовий склад покриттів................. 343

2.3.4. Вибір базової системи елементів та їх концентрації

для отримання порошкових матеріалів і покриттів 344

2.4. Імпульсне напилення................................................... 347

2.4.1. Зіткнення часток із поверхнею деталі

та формування покриття...................................... 347

2.4.1.1. Переваги та недоліки напилення.................. 348

2.4.2. Технологія імпульсного напилення..................... 350

2.4.2.1. Робочий цикл імпульсного напилення......... 351

2.4.2.2. Переваги та недоліки імпульсного напилення 352

2.4.2.3. Режими отримання покриттів на установці

“Імпульс-М”................................................... 354

2.4.3. Структурно-фазовий стан покриття.................... 354

2.4.4. Мікротвердість покриттів.................................... 355

2.5. Іонна імплантація......................................................... 357

2.5.1. Фізичні основи імплантації іонів......................... 358

2.5.1.1. Неперервна імплантація іонів...................... 359

2.5.1.2. Методи імплантації....................................... 368

2.5.2. Імплантатори іонів............................................... 371

2.5.3. Сучасний стан теорії структурно-фазових змін

в іонно-імплантованих металах........................... 377

2.5.3.1. Титан............................................................. 380

2.5.3.2. Нікель............................................................ 381

2.5.3.3. Хром.............................................................. 382

2.5.3.4. Сталь............................................................. 382

2.5.4. Підвищення опору зношуванню.......................... 382

2.5.5. Підвищення корозійної стійкості металів........... 388

2.5.6. Застосування технології імплантації................... 391

2.5.7. Переваги та недоліки іонної імплантації............. 395

2.6. Лазерна обробка........................................................... 398

2.6.1. Класифікація методів поверхневої лазерної

обробки................................................................. 399

2.6.2. Основні технологічні лазери, які використовуються

для поверхневої обробки...................................... 403

2.6.3. Властивості сплавів і технологічні особливості

методів лазерної термічної обробки.................... 405

2.6.3.1. Властивості сплавів після лазерного

гартування..................................................... 405

2.6.3.2. Основні параметри лазерного гартування

неперервними лазерами і характеристики

зміцнених поверхонь.................................... 406

2.6.3.3. Лазерний відпал............................................ 407

2.6.3.4. Лазерний відпуск.......................................... 408

2.6.4. Лазерне оплавлення.............................................. 410

2.6.4.1. Лазерне оплавлення для покращення якості

поверхні......................................................... 410

2.6.4.2. Аморфізація поверхні................................... 411

2.6.5. Отримання покриттів за допомогою лазерного

опромінювання...................................................... 412

2.6.5.1. Лазерне легування неметалевими

компонентами............................................... 412

2.6.5.2. Лазерне легування металевими

компонентами............................................... 415

2.6.6. Ударна дія............................................................. 418

2.7. Електроіскрове легування............................................ 420

2.7.1. Конструкція установки типу “Елітон“,

принцип і особливості її роботи.......................... 420

2.7.2. Фізичні основи процесу ЕІЛ................................ 424

2.7.2.1. Модель процесу ЕІЛ..................................... 424

2.7.2.2. Фізичні процеси, що супроводжують

електричну ерозію матеріалів...................... 425

2.7.2.3. Продукти ерозії............................................. 425

2.7.2.4. Фізико-хімічні властивості матеріалу анода

та його ерозійна стійкість............................. 426

2.7.2.5. Вплив структури, фазового складу анода та

умов обробки на характеристики процесу ЕІЛ 427

2.7.2.6. Закономірності формування зміцненого шару 428

2.7.3. Технологія ЕІЛ...................................................... 429

2.7.3.1. Принципові схеми ЕІЛ.................................. 430

2.7.3.2. Електроіскрова розмірна обробка............... 430

2.7.3.3. Поєднання ЕІЛ з іншими методами обробки

поверхні......................................................... 430

2.7.3.4. ЕІЛ та фізико-хімічна дія на електроди....... 431

2.7.4. Фазовий склад і структура ЕІП............................ 431

2.7.5. Ізико-механічні та експлуатаційні властивості

ЕІП, їх практичне застосування........................... 433

2.8. Електродугове наплавлення........................................ 435

2.8.1. Сучасні способи автоматичного (механізованого)

наплавлення........................................................... 435

2.8.1.1. Наплавлення під флюсом............................. 436

2.8.1.2. Наплавлення в захисному шарі.................... 438

2.8.1.3. Електроімпульсне наплавлення................... 439

2.8.1.4. Наплавлення відкритою дугою електродним

дротом з захисним покриттям...................... 440

2.8.1.5. Електрошлакове наплавлення...................... 440

2.8.1.6. Наплавлення струмами високої частоти (СВЧ) 442

2.8.1.7. Інші способи................................................. 442

2.8.2. Зварювальна ванна............................................... 443

2.8.2.1. Тиск дуги і розміщення стовпа дуги............ 443

2.8.2.2. Краплини електродного металу та їх

температура.................................................. 444

2.8.2.3. Форма, розмір, вага ванни для зварювання. 444

2.8.3. Взаємодія шлаку і металу.................................... 446

2.8.4. Способи легування при наплавленні зносостійкого

металу.................................................................... 447

2.8.5. Зменшення пористості наплавленого металу..... 448

2.8.6. Класифікація тріщин в наплавленому шарі........ 449

2.8.7. Сплави для наплавлення...................................... 451

2.8.7.1. Вуглецеві і низьколеговані сталі, чавуни.... 451

2.8.7.2. Високомарганцовисті сталі і чавуни............ 453

2.8.7.3. Високохромисті сталі і чавуни.................... 454

2.8.7.4. Хромонікелеві аустенітні сталі.................... 455

2.8.7.5. Високовольфрамові сталі............................. 456

2.8.7.6. Сплави на основі Cu, Ni i Co........................ 456

2.8.7.7. Інші зносостійкі сплави................................ 457

2.8.8. Електродні матеріали........................................... 458

2.8.9. Вибір режимів наплавлення................................. 459

2.8.10. Застосування електродугового наплавлення.... 460

2.9. Електродугове напилення............................................ 461

2.9.1. Класифікація методів напилення......................... 461

2.9.2. Електродугова металізація................................... 462

2.9.3. Технологія напилення.......................................... 466

2.9.4. Напилення при електродуговій металізації......... 466

2.9.5. Напилювані матеріали.......................................... 467

2.9.6. Процеси, які відбуваються при напиленні........... 469

2.9.6.1. Зіткнення частинок з поверхнею деталі

і формування покриття................................. 469

2.9.7. Застосування напилення...................................... 478

2.9.7.1. Застосування напилення в загальному

машинобудуванні.......................................... 479

2.9.7.2. Застосування напилення для підвищення

корозійної стійкості...................................... 480

2.10. Фрикційно-зміцнююча обробка................................. 481

2.10.1. Сутність методу................................................. 484

2.10.2. Порівняння різноманітних методів поверхневого

зміцнення............................................................. 486

2.10.3. Мікроструктура металу, зміцненого

обкатуванням роликами..................................... 488

2.10.4. Чистота поверхонь деталей, оброблених

обкатуванням роликами..................................... 489

2.10.5. Зносостійкість поверхонь, оброблених

обкатуванням роликами...................................... 490

2.10.6. Застосування фрикційно-зміцнюючої обробки. 491

2.11. Іонно-плазмове напилення......................................... 493

2.11.1. Методи нанесення вакуумних іонно-плазмових

покриттів............................................................. 493

2.11.1.1. Термічне напилення.................................... 494

2.11.1.2. Катодне (іонне) розпилення....................... 494

2.11.1.3. Реактивне електронно-променеве плазмове

напилення (РЕП).......................................... 495

2.11.1.4. Іонізаційне реактивне (електронне)

напилення.................................................... 495

2.11.1.5. Sputtering..................................................... 496

2.11.1.6. Магнетронне напилення............................. 496

2.11.1.7. Іонно-плазмове напилення в умовах іонного

бомбардування (метод КІБ)....................... 497

2.11.2. Будова установки для осадження методом КІБ 498

2.11.3. Вибір матеріалу для покриттів.......................... 500

2.11.4. Фізико-механічні властивості покриттів........... 503

2.11.4.1. Вплив технологічних режимів на

характеристики покриття........................... 503

2.11.4.2. Характеристики осаджуваності покриттів

з графіту...................................................... 505

2.11.4.3. Розгаростійкість і жаростійкість покриттів 505

2.11.4.4. Зносостійкість покриттів............................ 507

2.11.5. Застосування іонно-плазмових покриттів......... 509

2.11.6. Висновки............................................................. 511

ВСТУП

Актуальною проблемою сучасного матеріалознавства є одержання поверхневих зміцнених шарів сучасними та перспективними методами поверхневої обробки. Це дозволяє підвищити надійність і довговічність елементів машин та обладнання при зношуванні та в агресивних середовищах. Деталі машин, конструкцій та механізмів повинні мати підвищені фізико-хімічно-механічні, триботехнічні влас­тивості та експлуатаційні характеристики. Оптимальні властивості можна осягнути методами інженерії поверхні, об’ємним та поверхневим легуванням.

Об’ємне легування сплавів при їх виплавленні створює можливість отримання необхідних властивостей. Однак цей шлях не завжди є доцільним, оскільки високовартісні легуючі елементи розподіляються рівномірно по об’єму металу, а в більшості деталей найбільш актив­но навантаженим є, як правило, тільки поверхневий шар. Тому при зношуванні деталей на глибину, наприклад, декілька мікрометрів чи десятки мікрометрів, вони підлягають заміні новими або регенеруванню. Слід відзначити, що руйнування деталей дуже часто починається саме з поверхні. В зв’язку з цим доцільно, в більшості випадків, проводити тільки їх поверхневе зміцнення.

Одержання на поверхні виробів покриттів із різними функціональними властивостями або комплексом властивотей є найбільш економічно доцільним і часто єдино можливим рішенням технологічних проблем сучасного машинобудування.

Дифузійне насичення, плазмове наплавлення та напилення і інші методи поверхневого зміцнення дозволяють формувати у поверхневому шарі металу або сплаву необхідний склад і структуру, а, відповідно, і оптимальні властивості.

Монографія є першим інтегруючим опрацюванням, яке охоплює основну сукупність традиційних, сучасних та відносно нових методів поверхневої обробки, спрямованих, в основному, на підвищення зносостійкості конструкційних матеріалів. Методи, способи та склади насичуючих середовищ і порошкові сплави вибрані із відомих, які добре себе зарекомендували у виробничих умовах.

Особливу увагу приділено опрацьованим евтектичним порошковим сплавам нового покоління, які можуть використовуватись для поверхневої обробки металів із застосуванням сучасних та перспек­тивних методів поверхневої обробки. Це пояснюється тим, що евтектичні покриття дозволяють сформувати на поверхні металів та сплавів композиційні дисперсійно-зміцнені шари з суттєво кращими фізико-механічними властивостями.

Монографія може бути корисною для наукових, інженерно-технічних працівників, викладачів вузів та студентів, що працюють над проблемами поверхневої обробки, зокрема з метою підвищення зносостійкості та регенерації зношених елементів триботехнічних сис­тем.

ЧАСТИНА 3

Дата добавления: 2015-07-18