Анализ термодиффузионных методов восстановления деталей машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия

АНАЛИЗ ТЕРМОДИФФУЗИОННЫХ МЕТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

С.К. Тойгамбаев -канд. техн.наук, проф.

Недостаточное изменение линейных размеров и продолжительность времени восстановления деталей при термодиффузионной металлизации вызвало необходимость поиска новых решении. По своей сути термодиффузионное восстановление деталей позволяет приращивать восстанавливаемые поверхности на достаточно большие размеры на сторону. Одним из недостатков данного метода восстановления поверхностей изношенных деталей является большая продолжительность времени восстановления и энергозатраты на восстановление.

Многие исследователи в этой области исходили из стандартного применения термопечей с различными временными промежутками закалки и отпуска восстанавливаемой поверхности деталей [1].

Рассмотрим некоторые способы увеличения линейных размеров сальных деталей. покрытие сталь хрупкость твердость

Хромонитридизация так, например, при хонинговании азотированных втулок плунжерных пар топливного насоса НД-21/4, используется запас толщины азотированного слоя. При повторном ремонте уменьшение толщины слоя приводит к понижению твердости втулок, что не обеспечивает в дальнейшем требуемый ресурс, повторное азотирование не позволяет получить исходную твердость, что, в свою очередь, связано с обеднением поверхностной зоны стали нитрообразующими элементами.

Хромотитанирование азотированной стали в вакууме вызывает ряд проблем, которые связаны с диффузионной подвижностью азота. При нагреве в условиях вакуума с обычной для хромирования скоростью, - 500⁰ С/ч, на поверхности азотированных деталей появляется сыпь в виде пузырьков. Кроме того, в дальнейшем происходит значительное уменьшение концентрации азота и как следствие, невозможность получения упрочняющего покрытия. При хромотитанировании использовалось его наибольшее сродство к азоту. Добавка в хромирующую связь титана первым образует устойчивые по отношению к хрому нитридные фазы, связывая тем самым азот в поверхностном слое стали и уменьшая его концентрацию.

Борохромирование Н.И. Болдиным разработана технология восстановления и упрочнения плунжерных пар топливного насоса УТН-5 газофазным контактным борохромированием в порошках [2]. Диффузионное насыщение проводится в печах с окислительной атмосферой в контейнерах с плавким затвором. При температуре 1000⁰С и времени выдержки 4 ч. Увеличение диаметра образцов из стали ХВГ достигает 120 мкм, а толщина диффузионного слоя составляет 110…130 мкм. Поверхностная твердость покрытия находится в пределах 19000… 21000 МПа.

Бороникелирование. В работе Н.А. Бардадына [3] исследовалось газофазное контактное бороникелирование в порошках, с целью получения покрытий, сочетающих высокую твердость с относительно низкой хрупкостью. Бороникелирование проводилось в печах с окислительной атмосферой в контейнерах с плавким затвором, вследствии этого была рекомендована порошковая смесь для восстановления бороникелированием. Приращение линейных размеров образцов на сталях 25Х5МА, ХВГ, 45 и 65Г при температуре 1050⁰С и времени выдержки 4 ч. Составляет, соответственно, 45, 65, 70 и 78 мкм. Автором сделан вывод о возможности компенсации износа и припуска на механическую обработку только для сталей 45 и 65Г. Для каждой из сталей разработан отдельный состав порошка с добавлением композита и уточнены режимы бороникелирования.

Термоциклирование (ТЦО) данный метод в основном применяется в машиностроении как способ предварительной обработки заготовки, повышения стойкости штампового и режущего инструмента [4, 5]. Так как ускоренный нагрев и охлаждение легированных сталей через область температур аустенитно-мартенситного превращения позволяет получить размер зерна 4…6 мкм и соответственно структуру мелкоигольчатого мартенсита с участками аустенита. Это, в свою очередь, способствует улучшению пластичности и вязкости сталей. Для получения дополнительных структурно-фазовых превращений и напряженного состояния ТЦО совмещают с другими видами термической и химико-термической обработки. Микротвёрдость карбидохромового слоя при использовании ТЦО не изменяется. На поверхности она составляет 20000…21000 МПа, а на глубине 30 мкм - 17 000 МПа. Структура стали после хромирования при температуре 1200⁰С имеет величину эвтектоидного зерна, равную 6…7 баллов, а подвергнутая предварительно ТЦО - 4 балла.

Инерционность нагрева и охлаждения реакционного пространства не позволяет проводить ТЦО при большой массе контейнеров.

Электромеханическая обработка (ЭМО) её можно рассматривать как сочетание термического и механического воздействия на поверхностный слой детали с целью изменения физико-механических свойств сталей [6].

Б.М. Аскинази разработал метод, где в процессе обработки деталей через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой величины 200…2000 А и низкого напряжения 1,5…10 В, обеспечивающий нагрев поверхности. Малая глубина прогрева изделия позволяет поверхности быстро охлаждаться, в результате чего происходит закалка поверхностного слоя. Основное воздействие ЭМО на поверхностный слой детали заключается в измельчении структуры стали, связанном с дроблением зерен перлита при пластическом деформировании. Пластическое деформирование сопровождается созданием точечных дефектов в виде дополнительных вакансий. В совокупности это приводит, как и в случае с ТЦО, к увеличению протяженности межзеренных границ, что интенсифицирует процесс диффузии [7].

К недостаткам ЭМО следует отнести следующее:

большие усилия деформирования затрудняют обработку деталей малых диаметров и пониженной жесткости, приводят к сколам диффузионного покрытия на кромках рабочих поверхностей; невозможность обработки отверстии малых диаметров;

наростообразование на поверхности инструмента, образующееся в месте контакта в момент отвода от детали, отрицательно влияет на качество обрабатываемой поверхности; быстрый износ инструмента.

Краткий анализ разработанных и применяемых методов восстановления поверхности деталей показывает, что необходимо более глубокое и детальное изучение сущности физики процессов, происходящих превращений в металлах. В основном они связаны с черными металлами, хотя данные процессы вполне применимы и при восстановлении деталей из цветных металлов.

Но на сегодняшний день мало изучены методы и способы восстановления, упрочнения, с последующим приращением линейных размеров деталей и увеличением ресурса деталей из цветных сплавов. Имеются достаточно большой спектр порошков из цветных металлов, для приращения и восстановления поверхности деталей. Только они имеют узконаправленное значение, то есть для восстановления конкретных деталей из определенных видов сплавов из цветных металлов

ВЫВОД

На современном этапе развития науки стоят задачи создания более универсальных методов и составов металлических порошков, способных на молекулярном уровне изменять физико-механические и химические свойства металла с минимальными затратами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Казанцев С.П. Разработка комбинированной технологии получения железоборидных покрытий при восстановлении и упрочнении деталей сельскохозяйственной техники. Автореф. дис….д-ра техн. наук. - М., 2006. 265 с.

2. Болдин Н.И. Диффузионное Борохромирование, как метод восстановления и упрочнения деталей топливной аппаратуры дизелей. Автореф. дис…. канд. техн. наук. -М., 1991. 243с.

3. Бардадын Н.А. Восстановление и упрочнение прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры диффузионным бороникелированием. Автореф. дис….канд. техн. наук. - М., 1994. 230 с.

4. Портер Л.Ф., Добковский Д.С. Регулирование зерна термоциклированием. /Пер. с англ. Сверхмелкое зерно в металлах. - М.: Металлургия, 1973. С. 135-163.

5. Федюкин В.К. Метод термоциклической обработки металлов и сплавов. - Л.: ЛГУ, 1984. 192 с.

6. Филоненко Н.С. Термокинетика фазовых превращений при электромеханической обработке. //Диффузионные процессы в металлах. - Тула: ТПИ, 1975. Вып.3. С. 131-135.

7. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. - Л.: Машиностроение, 1989. 200 с.

Размещено на Allbest.ru