В процессе восстановления в результате предварительной механической обработки снимается поверхностный упрочненный слой детали, например коренной шейки коленчатого вала. Так как упрочненный слой утрачен, то возникает необходимость упрочнения восстановленного слоя поверхности. Существует несколько основных способы упрочнения поверхностей валов и осей, которые нуждаются в совершенствовании и оптимизации по отношению к авторемонтному производству.
Ключевые слова: восстановление, упрочнение, поверхность, вал, ось, авторемонтное производство, совершенствование.
В авторемонтном производстве применяется несколько способов восстановления работоспособности валов и осей (в зависимости от вида дефекта, условий работы и т.д.). Выбор того или иного способа восстановления валов и отверстий является весьма важной задачей, обуславливающей производительность работ, величину материало и энергозатрат, и, в конечном итоге, качество восстановления и ресурс восстановленной детали, узла или агрегата.
Немаловажную роль при восстановлении валов и осей играют методы упрочнения. Так как в процессе восстановления изношенных поверхностей вала или оси, они подвергаются механической обработке с целью придания правильной геометрической формы. При этом срезается поверхностный упрочненный слой детали, снижая ее микротвердость.
Поэтому очень часто технологический процесс восстановления валов и осей, помимо собственно самого процесса восстановления, включает в себя операции по упрочнению восстановленных поверхностей.
Существующие способы упрочнения подразделяют на 6 основных групп.
1. Механические:
- Выглаживание – это процесс упрочнения поверхностного слоя детали уплотнением его структуры путем воздействия сверхтвердым инструментом. Как правило, в качестве выглаживающего инструмента применяют наконечники из искусственного алмаза. Выглаживание осуществляется путем подведения и прижатия с определенным усилием выглаживающего наконечника к поверхности вращающейся вокруг своей оси детали, с последующим перемещением вдоль оси восстанавливаемой поверхности. В результате, обработанная поверхность становиться более твердой и гладкой.
- Обкатывание – это процесс во многом сходный с выглаживанием, отличием является конструктивные параметры воздействующего на поверхность инструмента. В качестве обктывающего инструмента чаще всего применяют шарики и ролики, изготовленные из твердосплавных материалов.
- Чеканка – ударное воздействие на обрабатываемую поверхность с целью придания более высокой твердости путем пластического деформирования. В отличии от выглаживания и обкатки не требует вращения обрабатываемой детали и позволяет упрочнять сложнопрофильные поверхности.
Все механические способы упрочнения основаны на явлении упрочнения металла путем пластической деформации, называемым наклёпом. Механические способы упрочнения просты по реализации, не требуют дорогостоящего оборудования и дают неплохие результаты, но не всегда могут быть реализованы ввиду формы обрабатываемой поверхности, ее размеров, применяемых материалов и т.д.
2. Термические:
- Закалка – заключается в нагреве поверхности детали выше температуры изменения кристаллической решетки металла (для каждого металла своя), с последующим быстрым охлаждением.
- Рекристаллизация – процесс образования и роста новых зерен при нагреве предварительно наклепанной поверхности до определенной температуры. Сущность процесса заключается в устранении внутренних напряжений в металле, образующихся в результате наклепа и выравнивании структуры кристаллической решетки, что положительно сказывается на хрупкости обрабатываемой поверхности.
- Старение – термическая обработка, при которой главным процессом является распад пересыщенного твердого раствора. В отличие от отпуска, после старения увеличиваются прочность и твердость, и уменьшается пластичность. Упрочнение при старении происходит в результате дисперсионных выделений при распаде пересыщенного твердого раствора и возникающих при этом внутренних напряжений.
Как видим, все термические способы упрочнения основаны на преобразовании структуры кристаллической решетки металла. Способы весьма эффективны и просты, но не позволяют проводить упрочнение ограниченного участка детали, может вызвать нарушение макрогеометрии валов и осей (изгиб).
3. Наплавка:
- Газопорошковая наплавка – приварка наплавочного материала в виде порошкового сплава оплавлением его газокислородным пламенем горелки. Таким образом можно получить слой металла до 2 мм.
- Наплавка под слоем флюса – оплавление наплавочного металла сварочной дугой между сварочным электродом и металлической деталью, при этом дуга защищается с помощью слоя предварительно расплавленного флюса. Получается слой с меньшим количеством шлака и раковин. Процесс сродни сварке под слоем флюса.
- Вибродуговая наплавка – наплавка осуществляется вибрирующим электродом. Амплитуду колебаний (0,5—3 мм) электрода вдоль его оси и расстояние между электродом и наплавляемой поверхностью выбирают таким образом, чтобы при вибрации наблюдались короткие замыкания электрода на деталь. При коротком замыкании происходит принудительный перенос электродного металла на поверхность наплавляемого металла. Это стабилизирует процесс наплавки.
- Плазменная наплавка – наплавляемый металл расплавляют холодной плазмой, генерируемой плазмотроном. Достигается более глубокое проплавление поверхностного слоя обрабатываемой детали и лучшая диффузия присадочного металла в поверхность.
Сущность любой наплавки заключается в нанесении слоя металла или сплава на обрабатываемую поверхность изделия посредством сварки плавлением. Наплавка представляет собой комбинацию одновременного восстановления размера поверхности с ее упрочнением. Недостатком является высокий нагрев поверхности.
4. Газотермическое напыление:
- Газопламенное напыление – расплавленный в пламени газовой горелки металл под воздействием струи воздуха распыляют на обрабатываемую поверхность.
- Плазменное напыление – металл плавят плазмой и распыляют на поверхность.
- Детонационное напыление – плавление металла осуществляется за счёт энергии микровзрыва.
- Электродуговая металлизация – плавление металла в электрической дуге.
- Напыление с оплавлением – напыленный металл дополнительно оплавляется на обрабатываемой поверхности.
Напыление расплавленного металла на поверхность схоже с наплавкой, отличием является то, что при напылении металл плавиться не на восстанавливаемой поверхности, а в отдалении и под воздействием струи воздуха или защитного газа наносится на поверхность. Недостатком является повышенный расход металла из-за разбрызгивания и более низкая прочность сцепления слоя с поверхностью по сравнению с наплавкой.
5. Вакуумное напыление:
- Напыление тонких пленок в вакууме – распыление в вакуумную камеру мелкодисперсного металлического порошка при высокой температуре.
- Термическое испарение – осаждение слоя металла испаряемого при высокой температуре в вакуумной камере.
- Испарение лазером – испарением металла интенсифицируется лазерным лучом
- Испарение электрической дугой – испарение металла под воздействием электрической дуги.
Вакуумное напыление является разновидностью напыления расплавленного металла на поверхность, отличием является осаждение слоя металла из его паров полученных при расплавлении и проведение процесса в герметичной камере, из которой откачивают воздух. В результате получают тонкопленочные покрытия, высокого качества. Недостатком является сложность технологического процесса, необходимость наличия специализированного оборудования и возможность осаждения слоев малой толщины.
6. Химико-термические:
- Цементация – насыщение поверхностного слоя разогретого до 900 °C металла углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.
- Азотирование – процесс насыщения поверхностного слоя детали азотом. Азотирование придает поверхности детали особо высокую твердость и износостойкость, которые сохраняются при нагреве до 500—600°С. Недостаток - большая длительность процесса азотирования.
- Нитроцементация – процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700 – 950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Обладает преимуществами цементации и азотирования. К недостаткам относится необходимость строгого поддержания в нужных пределах науглероживающей и азотирующей способности газовой среды.
- Цианирование – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температурах 820—950° C в расплаве цианида натрия или других солей с тем же анионом. Самым большим недостатком является применение ядовитых цианистых солей.
- Диффузионное насыщение металлами – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали цинком, хромом, алюминием и так далее. Недостаток – процесс длительнее азотирования.
Выбор способа упрочнения поверхности вала или оси зависит от условий работы вала, от его геометрических размеров и свойств металла из которого он изготовлен. Необходимо учитывать форму и размер упрочняемых поверхностей, а также наличие необходимого оборудования на авторемонтном предприятии.
Литература:
1. Захаров, Ю.А. Совершенствование технологии восстановления посадочных отверстий корпусных деталей проточным электролитическим цинкованием: дис. … канд. техн. наук [Текст] / Ю.А. Захаров. – Пенза, 2001. – 170 с.
2. Захаров, Ю.А. Анализ способов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей машин [Текст] / Ю.А. Захаров, Е.Г. Рылякин, А.В. Лахно // Молодой ученый. – 2014. – №16. – С. 68-71.
3. Захаров Ю. А. Восстановление посадочных поверхностей корпусных деталей машин проточным гальваническим цинкованием [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов // Молодой ученый. — 2014. — №17. — С. 58-62.
4. Рылякин, Е.Г. Повышение работоспособности гидропривода транспортно-технологических машин в условиях низких температур [Текст] / Е.Г. Рылякин, Ю.А. Захаров // Мир транспорта и технологических машин. – № 1 (44). – Январь-Март 2014. –
С. 69-72.
5. Обеспечение работы мобильных машин в условиях отрицательных температур [Текст] / Ю. А. Захаров, Е.Г. Рылякин, И.Н. Семов [и др.] // Молодой ученый. — 2014. — №17. — С. 56-58.
6. Захаров, Ю.А. Восстановление металлизацией деталей транспортно-технологических машин и комплексов [Текст] / Захаров, Е.В. Ремизов, Г.А. Мусатов // Молодой ученый. – 2014. – №19. – С. 199-201.
7. Захаров, Ю.А. Анализ способов восстановления корпусных деталей транспортно-технологических машин и комплексов [Текст] / Захаров, Е.В. Ремизов, Г.А. Мусатов // Молодой ученый. – 2014. – №19. – С. 202-204.
8. Пат. 2155827 РФ, МПК: 7C 25D 5/06 A. Устройство для электролитического нанесения покрытий [Текст] / И.А. Спицын, Ю.А. Захаров // заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО "Пензенская государственная сельскохозяйственная академия" (РФ). – № 99115796/02, Заявлено 16.07.1999; Опубл. 10.09.2000.
9. Пат. 2503753 Российская Федерация, МПК: C25D19/00. Устройство для гальваномеханического осаждения покрытий [Текст] / Ю.А. Захаров, И.А. Спицын; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО "Пензенская государственная сельскохозяйственная академия" (RU). – №2012149639/02, заявл. 21.11.2012; опубл. 10.01.2014, Бюл. №1. – 9 с.
10. Лахно, А.В. Восстановление деталей машин из полимерных материалов / А.В. Лахно, Е.Г. Рылякин // Молодой ученый. – 2014. – №8. – С.196-199.
