Восстановление изношенных деталей методами газотермического напыления

Вступление

Экономия металла, защита его от коррозии, повышение надежности и долговечности машин и механизмов являются важнейшими задачами всех отраслей промышленности, при этом первостепенное значение приобретает правильный выбор способа упрочнения, защиты от коррозии и восстановления деталей.

Перспективным направлением повышения срока службы изделий является образование поверхностного слоя, контактирующего с внешней средой, с улучшенными свойствами.

Для восстановления изношенных деталей в основном применяют сварочно-наплавочные методы. Недостатком этих методов являются: значительные термические воздействия на деталь, возникновения в деталях остаточных напряжений, деформаций, трещин и, как следствие, снижения срока службы по сравнению с новыми деталями. Кроме того, для наплавленного материала характерен значительный разброс физико-механических свойств.

Одним из интенсивно развивающихся направлений является газотермическое напыление (ГТН) покрытий: газопламенное, плазменное, денатоционное, электродуговая металлизация. При ГТН поверхность детали, на которую наносится покрытие, нагревается ниже температуры отпуска. Поэтому для процессов ГТН характерны малые тепловые деформации и во многих случаях> отсутствие структурных изменений в детали. Это обуславливает эффективность ГТН-методов для улучшения эксплуатационных характеристик изделия.

Результаты анализа, выполненного консалтинговой фирмой The Technical Center for Mechanical Engineers (CETIM) (Франция), показывают, что мировой объем рынка технологий ГТН в 2000 г. составил 1600 млн. евро, а рост в последующее десятилетие составит 25 %.

Электродуговое напыление предпочтительнее других способов газотермического напыления покрытий по таким показателям, как тепловая эффективность, стоимость напыляемых материалов, простота обслуживания. Расход электроэнергии на 1 кг распыляемого материала при электродуговом напылении составляет примерно 0,6 кВт/кг. При плазменном напылении энергетические затраты составляют 5 – 7 кВт/кг для порошкового напыления, 2 – 3 кВт/кг для проволочного напыления. Технико-экономическая оценка, выполненная Ю.А. Харламовым, показала, что относительная стоимость электродуговых покрытий в 3 – 10 раз дешевле покрытий, получаемых другими способами газотермического напыления при обеспечении их высокой прочности.

Основные результаты работы

В Национальном университете кораблестроения имени адмирала Макарова по заказу станкоремонтной компании “Юг – Станкосервис” проведены работы по восстановлению двух изношенных втулок изготовленных из стали марки Ст45 и одной бронзовой втулки изготовленной из материала марки БрОЦС 5-5-5.

Стальные втулки работали в механизме гильотины, обеспечивая вращение зубчатого колеса диаметром 700 мм. Втулка закреплялась на валу при помощи шпонки. На вал с зафиксированной втулкой одевалась шестерня с бронзовой вставкой. В результате трения бронзовой вставки по стальной втулке произошел износ, как бронзовой вставки, так и стальной втулки.

Наружный диаметр стальной втулки 360 мм, внутренний 260 мм, ширина кольца 75 мм. Износ наружной поверхности составил 2 мм.

Для восстановления металлических колец был выбран метод электродугового напыления, который значительно снижает затраты на их ремонт по сравнению с другими методами газотермического напыления.

Восстановление колец проводили на установке электродугового напыления КДМ-2, состоящей из металлизационного аппарата ЭМ-14М с центральной сопловой системой подачи сжатого воздуха и источника питания “Тимез-500”, предназначенного для питания электрической дуги металлизационного аппарата постоянным током. Наружную поверхность колец напыляли цельнотянутой проволокой марки 65Г (диаметр 1,6 мм).

Перед нанесением покрытия поверхность обезжиривали ацетоном и подвергали струйно-абразивной обработке на установке марки 026-7 “Ремдеталь”. В качестве абразива использовали электрокорунд марки 7Б, шлифзерно номер 120.

Покрытие наносили на следующем режиме: напряжение 27 В, сила тока 200 А, скорость подачи проволоки 340 м/ч, давление сжатого воздуха 0,5…0,6 МПа, расстояние от среза сопла до напыляемой поверхности 100…120 мм.

Толщина покрытия составляла 2,3 мм. После нанесения покрытия наружная поверхность колец шлифовалась в размер.

Стоимость работ по восстановлению стальной втулки электродуговым методом напыления составила 150 грн.

Бронзовая втулка работала в механизме пресса. В ней вращался стальной вал, в результате чего износ втулки по внутреннему диаметру составил 1,5 мм.

Наружный диаметр втулки 260 мм, внутренний 220 мм, ширина 280 мм.

Восстановление бронзовой втулки проводили на установке плазменного напыления “Киев-7”. Для напыления использовали порошок марки ПГ-19М-01 (фракция 40…80 мкм).

Перед нанесением покрытия внутреннюю поверхность бронзовой втулки подготавливали аналогично, как и для электродугового метода напыления.

Покрытие наносили на следующем режиме: напряжение 210 В, сила тока 170 А, давление плазмообразующего газа 2,5 МПа, расход плазмообразующего газа 6,5 м3/ч (в качестве плазмообразующего газа использовали сжатый воздух).

Толщина нанесенного покрытия составляла 2 мм. После напыления втулку шлифовали в размер.

Стоимость работ по восстановлению бронзовой втулки плазменным методом нанесения покрытий составила 250 грн.

Приведенные примеры напыления обеспечивают возможность напыления большой номенклатуры материалов, которые могут также использоваться и в сельскохозяйственной технике. Эти методы позволили не только снизить затраты на закупку или изготовление новых деталей, но и сообщить восстановленным деталям новые ценные эксплуатационные свойства.

Выводы

Качество восстановленных деталей полностью удовлетворило требования заказчиков. Восстановленные детали были установлены в узлы соответствующих механизмов, и как показал опыт их эксплуатации, обеспечивают надежную работу по сегодняшний день. Стоимость восстановительных работ по предложенной методике ниже более чем в 10 раз по сравнению с заменой изношенных деталей.