Пластическое деформирование: сущность, особенности

Разработана поточно-механизированная линия восстановления изношенных звездочек. Технологический процесс восстановления звездочек на поточно-механизированной линии включает следующие операции: мойку и сортировку звездочек, нагрев их в электропечи до 1000 (+/-50) °С, радиальную раздачу зубчатого венца на пневмомолоте, радиальную осадку ступицы на гидропресс, выпрессовку технологического пальца из ступицы, протяжку посадочного отверстия звездочки, нагрев ТВЧ зубчатого венца до 1200 {+/- 50) °С, накатку зубьев, нагрев зубчатого венца до температуры 950 (+/- 50) СС, последующее охлаждение в масле, технический контроль и упаковку звёздочек полностью соответствует ГОСТ 591-59.

 

Глава 2. Методы индукционной наплавки

Целью этих разработок является, прежде всего, нанесение анти-износных покрытий на трущиеся поверхности деталей, а также одновременное восстановление их размеров до ремонтных или номинальных.

Разработанные методы, по сравнению с уже известными электро-технологическими методами, обеспечивают снижение себестоимости процесса восстановления и упрочнения за счет сокращения расхода порошковых материалов и электроэнергии, уменьшения допусков на механическую обработку, а также уменьшение термического воздействия на упрочняемую деталь по сравнению с другими методами, с одновременным повышением адгезионных, прочностных и антиизносных свойств.

2.1. Индукционная металлизация

Индукционная металлизация трущихся поверхностей осуществляется путем напыления разогретого токами высокой частоты (ТВЧ) с помощью специального индуктора порошкового композиционного сплава, который подается в зону обработки из дозатора воздушным потоком от нагнетательного устройства. Напыленные материалы при помощи другого индуктора сплавляются с основным материалом обрабатываемой детали (рис. 14).²³

Рис. 14. Схема индукционной металлизации валика водяного насоса автомобиля ЗИЛ-130 (по патенту РФ № 2102523) 1 - валик водяного насоса; 2 - патрон токарно-винторезного станка; 3 - специальный индуктор ТВЧ; 4 - порошковый материал; 5 - дозатор; 6 - воздушный поток от нагнетательного устройства

Для этих операций наиболее применимы по требованиям износостойкости и стоимости, серийно выпускаемые отечественной металлургической промышленностью порошковые сплавы на медной основе типа ПР-Бр.(табл. 1).

Таблица 1

Химический состав и  условия применения некоторых порошковых медных сплавов

Марка	Химический состав, %	Структура покрытия
ПР-Бр. АЖНМЦ 8,5-4-5-1,5	8,5 Аl; 4,0 Fe; 4,8 Ni; 1,4 Мn; Сu - остальное	Подшипники, вкладыши, втулки и т.д.,
ПР-Бр. ОН 8,5-3	8,5Sn;3,0 Ni; Сu - остальное	работающие в т.ч. без смазки и с
ПР-Бр. ОЦС 5-5-5	5,0 Sn; 5,0 Zn; 5,0 Pb; Сu - остальное	мелким абразивом

 

Для осуществления метода требуется незначительное количество медных порошковых материалов и электроэнергии вследствие минимальных тепловых потерь, К положительным свойствам метода относятся: применение в качестве носителя порошковых материалов атмосферного воздуха, низкая шумность процесса, высокая автоматизация процесса и ряд др.

Данным методом могут  быть восстановлены, например, шейки коленчатого вила, кулачки распределительного вала, посадочное место сод манжетное уплотнение валика водяного насоса автомобиля ЗИЛ-130 и другие детали типа «вал».²⁴

Процесс индукционный металлизации осуществляется следую щим образом. Валик водяного насоса (1), изготовленный из стали 45, устанавливается во вращающее устройство, например, патрон токарно-винторезного станка (2), совмещенное с установкой ТВЧ типа ВЧГ 9 (рис. 15).

Рис.15. Индукционная наплавка на установке ВЧГ 9

 

На обрабатываемую поверхность  наносится разогретый токами высокой частоты с помощью специального индуктора (3) порошковый материал (4), например, следующего состава: ПР-Бр-АЖНМц8,5-4-5-1,5 (8,5 % Аl; 4,0 % Fe; 4,8 % Ni; 1,4 % Мn, остальное - Си), подается из дозатора (5) в зону обработки воздушным потоком (6) от нагнетательного устройства (на рисунке не показано). Нанесенный материал сразу же сплавляется с обрабатываемой деталью специальным индуктором.

Восстановленные поверхности в дальнейшем подвергаются механической обработки под ремонтный или номинальный размер.

Разработанная технология защищена патентом РФ № 2102523.

2.2. Индукционное макроармирование

Целью разработки метода индукционного макроармирования являлось снижение .себестоимости процесса за счет нанесения и наплавки в поле ТВЧ порошковых композиционных материалов не по всей обрабатываемой поверхности, а фрагментально с заданной топографией наплавки (рис. 16).

Предлагаемые способы  могут быть применены также для  упрочнения основного материала детали по правилу Шарпи.

 Рис. 16. Схема индукционного  макроармирования поверхности (по  патенту РФ №2102529) 1 - деталь; 2 - порошковый материал; 3 - индуктор ТВЧ.

 

В качестве наплавочных  порошковых применяются высокоуглеродистые легированные сплавы типа «сормайт», самофлюсующиеся сплавы на никелевой основе типа ПГ-СР или их композиции с медным порошком ПМС-1. В этом случае процессы обеспечивают повышенную износостойкость и прочность обработанной поверхности вследствие высокой твердости наплавленных участков, ударной вязкостью.²⁵

Таблица 2

Химический состав и  основные физико-механические свойства порошковых самофлюсующихся сплавов

Марка	Химический состав, %	Твердость, НКС	,	Структура покрытия
ПГ-СР2	0,4 C; 13,5 Cr; 4,5 Si; 1,8 B; Ni-остальное	40-50	1050	Карбиды и бориды в никелевой основе
ПГ-СР3	0,3 C; 15,0 Cr; 3,0 Si; 2,4 B; Ni-остальное	50-55	1050
ПГ-СР4	0,8 C; 16,5 Cr; 3,7 Si; 3,3 B; Ni-остальное	58-62	990

 

 

При применении порошковых материалов на медной основе, например, сплава ПР-Бр.ОЦС5-5-5, образуются пластичные, антифрикционные медьсодержащие включения в более твердой основе (матрице), что также обеспечивает высокие антифрикционные и антиизносные свойства восстановленных деталей.

Для осуществления способа требуется незначительное количество твердосплавных или медьсодержащих порошковых материалов и электроэнергии, так как наплавка осуществляется не по всей поверхности. Оптимальное температурное воздействие, регулируемое мощностью установки, наряду с высокими механическими свойствами обеспечивает минимальный уровень внутренних напряжений в поверхности детали, что позволяет избежать появления трещин и деформаций. Разработанный метод защищен патентом РФ№ 2102529.

2.3. Индукционно-металлургический  способ

В Ростовском государственном  университете путей сообщения под  руководством д.т.н., доцента Зайченко Ю.А. разработан индукционно-металлургический способ (ИМС) наплавки порошковых твердосплавных материалов (табл. 3) на летали, работающие в условиях интенсивного абразивного изнашивания и наличия пластического деформирования.

Таблица 3

Химический состав и  основные физико-механические свойства порошковых высокоуглеродистых сплавов

Марка	Химический состав, %	Твердость, HRC	,	Структура покрытия
ПГ-С1	2,9 С; 29,0 Cr; 3,5 Si; 4,2 Mn; 4,0 Ni; Fe - остальное	51	1280-13320	Карбиды хрома в железной основе
ПГ-С27	3,9 C; 26,0 Cr; 1,5 Si; 1,7 Ni; 0,3 W; 2,1 Mn ; Fe - остальное	59	1280-1320
ПГ-УС25	4,9 C; 38,0 Cr; 2,1 Si; 2,5 Mn; 1,4 Ni; Fe - остальное	55	1290-1320

 

 

В основу разработки положена технология наплавки сормайтовых сплавов на лемеха плугов, применявшаяся на заводе «Красный Аксай». В настоящее время коллективом ученых разработаны технологии восстановления деталей гусеничного движителя, такие как ведущие колеса (рис. 17), поддерживающие катки (рис 18) и других деталей тракторов и комбайнов.

Рис. 17. Внешний вид  зубьев движителя восстановленных ИМС

 

Рис. 18. Поддерживающие катки  после восстановления ИМС

Установлено, что ведущие колеса целесообразно подвергать наплавке после двух лет работы на тракторе. В этом случае износ зуба по передней поверхности (находящейся в зацеплении при движении вперед) составляет 3...5 мм, а на задней стороне зуба (находящейся в зацеплении при движении назад) составляет 1,5...2,5 мм.

Для восстановления ведущих  колес тракторов с большим  износом, когда чертежный диаметр окружности выступов начал уменьшаться и радиус закругления зубьев стремиться к нулю, разработан новый технологический процесс. Колесо обрезается по делительной окружности и на каждый зуб приваривается сегмент диаметром d = 12...14 мм (рис. 19). Колесо с приваренными элементами подается на позицию ручной дуговой наплавки и наплавляется до контура ремонтного шаблона. После дуговой наплавки всех зубьев колесо подается на установку типа ВЧГ- 9 для наплавки методом ИМС износостойкого сплава на рабочие поверхности.²⁶

Рис. 19. Схема восстановления движителя гусеничного трактора ИМС

 

Величина и характер износа зубьев ведущих колес трактора Т-150 потребовали изменения технологии восстановления рабочего контура зуба. Как правило, на восстановление поступают ведущие колеса с износом по делительной окружности 8...10 мм на сторону и уменьшением радиуса зацепления по вершине зуба с 16 до 7 мм. Дня восстановления профиля перпендикулярно к образующей зуба с обеих сторон привариваются прутки из стали 45 диаметром 6...9 мм с промежутками в 6...8 мм. Промежутки между прутками заполняются с помощью дуговой сварки слоем наплавки и нанесенный слой проковывается при температуре выше 750 °С до получения ровной поверхности (рис. 19).

Толщина наплавленного  слоя контролируется ремонтным шаблоном. После дуговой наплавки колесо также подается на установку типа ВЧГ- 9 для наплавки методом ИМС износостойкого сплава.

Триботехнические и металлографические исследования электротехнологических покрытий проводились на образцах из стали 45 ГОСТ 1050-90. ²⁷Микроанализ проводился на шлифах, приготовленных на макротемплетах после травления 2 % раствором азотной кислоты. Установлено, что вблизи нанесенного покрытия, толщиной от 1,5…2,0 мм и по составу аналогичном составу порошковой смеси для нанесения - структура подложки на глубину 8...10 мм состоит из троостомартенсита (рис. 20 - левый), далее на около 10 мм распространяется структура сорбита (рис. 20 - средний). Далее наблюдается феррито-перлитная структура основного материала (рис. 20 -правый).

Изменение структуры  положки вызвано тепловым влиянием на нее в процессе нанесения покрытия. Вследствие чего отмечается упрочнение основного материала с НВ 180...200 до HRC 35...42 в зоне троостомартенсита и до HRC 25...30 в зоне сорбита.

Рис. 20. Микроструктура образца  из стали 45 после индукционной наплавки (х 500)

 

Триботехнические испытания  образцов с антиизносными покрытиями, нанесенными электротехнологическими методами, на машине трения АЕ-5М выявили повышение их износостойкости в 10 и более раз.

 

Глава 3. Электроконтактное напекание (металлизация) и сварка деталей трением, ФАБО

3.1. Электроконтактное напекание (металлизация)

В настоящее время достаточно часто применяется метод восстановления трущихся поверхностей деталей машин, основанный на электроконтактной приварке композиционных материалов. Данный метод позволяет получать наплавленные поверхности с различными свойствами, широко варьируя составом композиции и режимами приварки. Он исключает выгорание легирующих элементов и тепловую деформацию вала. Однако на поверхности наплавленного слоя могут наблюдаться выходы отбеленного чугуна, снижающего задиростойкость соединения, в состав которого он входит.

Целью этих работ является снижение себестоимости процесса восстановления деталей при напекании за счет уменьшения расхода порошковых материалов и количества технологических операций по обработке полученных покрытий; снижение термического воздействия на упрочняемую деталь с одновременным повышением прочностных и антиизносных свойств.

Электроконтактная металлизация изнашивающихся поверхностей осуществляется с использованием сварочной точечной машины типа МТ-1618 путем впекания (вплавления) тонкого слоя твердосплавных порошковых материалов в поверхность упрочняемой детали. Процесс впекания (вплавления) протекает при большой силе тока (5...20) А, сравнительно низком напряжении (1..7) В и длительности прохождения электроконтактного импульса (0,08...2) с. Данный способ основан на том, что при нагреве порошкового материала электрическим током плотностью 2000...4000 А/ , с одновременным наложением давления на порошковый сплав, за время прохождения импульса осуществляется процесс впекания (вплавления) присадочного материала в поверхность детали. На разработанную технологию получено положительное решение ВНИИГПЭ по заявке на изобретение № 96100121.²⁸

Предлагаемый метод  упрочнения изнашивающихся поверхностей обеспечивает повышенную износостойкость и прочность обработанной поверхности благодаря высокой твердости впеченных (вплавленных) участков, при достаточной ударной вязкости и пластичности основного материала детали. Реализуется известное в материаловедении правило Шарпи, используемое при разработке антифрикционных подшипниковых сплавов.