Способы повышения износостойкости металлических изделий

Как можно повысить износостойкость деталей и механизмов

Любой механизм или оборудование состоит из десятков составных элементов, износ которых редко происходит равномерно. Результатом может стать остановка работы устройства, что неизбежно приведет к убыточному простою оборудования, производственной линии или машины. Решить задачу повышения износостойкости деталей и комплектующих можно несколькими способами. Давайте рассмотрим самые актуальные из них.

Методы повышения износостойкости деталей машин и механизмов

Первым и самым очевидным методом является увеличение толщину детали, без изменения материала изготовления. К примеру, отлить лопатку для бетонасмесителя из износостойкого чугуна толщиной не 30, а 60 см. Но данный вариант применим далеко не для всех случаев, так как не всегда можно допустить увеличение массы детали и рост нагрузки на весь рабочий механизм.

Вторым по популярности решением является замена материала изготовления детали или компонента. Размер детали остается прежним, а показатели износостойкости увеличиваются если применяется высокопрочная износостойкая сталь вместо обычной.

Но самым эффективным на сегодняшний день является метод применения износостойкой геометрии. Данная методика все чаще применяется компаниями и комбинируется с использованием более износостойких материалов.

Что такое износостойкая геометрия?

Разные части одной и той же детали чаще всего изнашиваются неравномерно. Такое явление называют «геометрией износа”. Технологическое решение, которое способно наиболее эффективно с ним справиться, называют модульностью.

Модульными (комбинированными) являются детали, которые состоят из отдельных износостойких частей — модулей. В случае износа такой части, модуль снимают и меняют, при этом не возникает необходимости замены всей детали. Такой подход экономит деньги и время, затраченное на ремонт. Кроме того, он значительно упрощает техническое обслуживание узла, так как не требует особых навыков от мастера.

Наряду с модульностью, существует еще одно интересное решение увеличения износостойкости деталей — гидрокарман. Технология заключается в следующем: на изнашиваемую поверхность наплавляют сетку из износостойких материалов. Образованные ячейки, в процессе эксплуатации механизма, забиваются материалом, например — бетонной смесью. В процессе последующей работы, основной износ приходится на материал в ячейках, а не на элементы механизма, что значительно сокращает его износ.

Сегодня применение комбинированных деталей из износостойких марок стали — это самый современный и наиболее практичный метод повышения эффективности работы практически любой машины, механизма или узла.

Новости партнеров — 26 сентября 2018 2484

Будем весьма признательны, если поделитесь этой новостью в социальных сетях

Лучшие букмекерские конторы: основные критерии попадания в рейтинг

В сети работает более сотни букмекеров. Однако далеко не все предлагают выгодные условия клиентам и работают честно.

«Времена Года» — как работает частный дом престарелых в Киеве

Выбор пансионата для пожилого человека — не простая задача для его семьи. Ведь условия, в которых будут жить наши близкие, имеют.

Как искать лучших брокеров бинарных опционов?

Если надо найти надежную площадку для торговли бинарными опционами, то для поиска лучше использовать рейтинг.

Как выбрать кресло мешок

Хотите купить кресло мешок? Читайте нашу статью и узнайте на что обращать внимание при покупке, какую выбрать ткань и т.п.

Правила написания официального письма

В английском языке существует определенный порядок действий, которому необходимо следовать при создании официального или делового письма.

Польза злаков или зачем нам булгур

Уникальная каша понравится любому гурману благодаря своему насыщенному вкусу и пряному аромату.

Источник

Способ повышения износостойкости стальных изделий

Владельцы патента RU 2293792:

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости поверхностей изделий за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано при изготовлении как режущего, так и штампового инструмента, а также изделий, работающих в условиях абразивного износа, сухого трения при высоких контактных напряжениях. Способ включает кратковременную высокотемпературную цементацию и последующее диффузионное насыщение поверхности стальных изделий карбидообразующими элементами. Цементацию проводят при температуре 950-1050°С в течение 20-30 мин. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости стальных изделий, испытывающих в процессе эксплуатации механические нагрузки.

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости поверхностей изделий за счет изменения состава и структуры поверхностных слоев этих изделий, и может быть использовано для повышения износостойкости инструмента как режущего, так и штампового, изделий, работающих в условиях абразивного износа, сухого трения при высоких контактных напряжениях.

Известны способы повышения износостойкости изделий путем их азотирования, цементации, цианирования (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник / Борисенок Г.В., Васильев Л.А., Ворошнин Л.Г. и др.). Недостатком этих видов химико-термической обработки является невозможность достижения высокой твердости на поверхности изделий, и как следствие их высокой износостойкости.

Известен также способ повышения износостойкости изделий за счет осаждения из газовой фазы покрытий на базе нитрида титана (Витязь П.А., Дубровская Г.Н., Кирилюк Л.М. Газофазное осаждение покрытий из нитрида титана. — Минск: Наука и техника, 1983. — 96 с.). Данное покрытие обладает высокой твердостью, износостойкостью, но и имеет недостатки, связанные с высокой хрупкостью этого покрытия, и слабой адгезионной связью покрытия с материалом изделия. Эти явления вызывают растрескивание и выкрашивание покрытий при высоких контактных напряжениях и термоциклировании.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ диффузионного насыщения титаном из среды легкоплавких растворов (Артемьев В.П., Чаевский М.И. Диффузионное титанирование в среде жидкометаллических расплавов. — В сб: Адгезия расплавов и пайка материалов, — К.: Наукова думка, 1986. — С.3-4.). Нанесение покрытий данным способом осуществляется путем выдержки стального изделия в легкоплавком свинцовом или свинцово-висмутовом расплаве, содержащем в растворенном состоянии титан. В результате выдержки стального изделия в расплаве происходит адсорбция титана на его поверхности, диффузия титана вглубь изделия. При этом, так как титан является сильным карбидообразующим элементом, он забирает углерод из цементита стали, и образует собственные карбиды, которые выделяются на поверхности изделия. Карбиды титана обладают очень высокой твердостью, что обеспечивает изделию высокую износостойкость.

Недостатком прототипа является то, что при образовании карбидов титана происходит отток углерода из стали, приводящий к образованию под поверхностным, износостойким слоем, обезуглероженного слоя, обладающего низкой твердостью и прочностью. В результате этого при наличии механического воздействия на поверхности происходит продавливание карбидного слоя, его деформация, растрескивание и выкрашивание. При этом твердые частицы покрытия могут приводить к еще более интенсивному износу трущихся поверхностей.

Технической задачей заявляемого изобретения является изменение в технологии нанесения износостойких титановых покрытий, а также покрытий на базе других карбидообразующих элементов, таких как хром, вольфрам, молибден и других более сильных карбидообразующих элементов, чем железо, обеспечивающее отсутствие под карбидным слоем мягкого обезуглероженного слоя, вызывающего при механическом воздействии на износостойкий карбидный слой его растрескивание и выкрашивание.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе повышения износостойкости стальных изделий, включающем диффузионное насыщение поверхности стальных изделий карбидообразующими элементами, отличающемся тем, что перед нанесением покрытий изделие подвергают кратковременной цементации длительностью 20-30 мин при температуре 950-1050°С.

Благодаря введению в технологический процесс стадии предварительной цементации (новой совокупности существенных признаков заявляемого изобретения) при формировании покрытий на базе сильных карбидообразующих элементов, не происходит образования под карбидным слоем обезуглероженного, мягкого слоя, и тем самым исключается при механическом воздействии на изделие продавливание карбидного слоя, его растрескивание и выкрашивание. Это объясняется тем, что за счет проведения предварительной цементации происходит увеличение концентрации углерода в поверхностных слоях изделия, и именно этот избыточный углерод участвует в формировании карбидного слоя, а не углерод, содержащийся в стали. Таким образом, исключается обезуглероживание поверхностных слоев изделия. При этом цементация должна обеспечивать высокую концентрацию углерода в поверхностном слое изделия, что достигается высокой температурой цементации 950-1050°С, а малая длительность процесса цементации исключает ее влияние на свойства материала изделия и не приводит к значительному увеличению общей длительности технологического процесса.

Пример. Ножовочные полотна для слесарной обработки металлов, изготовленные из стали Х6ВФ, подвергались диффузионному титанированию в среде легкоплавких растворов. При этом для оценки эффективности предлагаемой технологии диффузионное титанирование полотен проводилось как без предварительной цементации, так и после цементации в соответствии с предлагаемым способом.

Диффузионное титанирование ножовочных полотен осуществлялось путем погружения и выдержки их в легкоплавком растворе, состоящим из сплава содержащего 55% свинца, 45% висмута, с 3% добавкой титана. Температура насыщения составляла 1100°С, продолжительность выдержки 0,5 ч. Цементация проводилась в твердом карбюризаторе при температуре 1000°С с выдержкой 30 мин.

В результате нанесения титана на поверхности полотен образовывалось покрытие, представляющее собой слой, состоящий из карбидов титана толщиной 8-10 мкм. На полотнах без цементации под карбидным слоем наблюдается обезуглероженный слой толщиной 30-40 мкм, имеющий пониженную твердость. Так, если твердость основы составляла Н₅₀ 5800 МПа, то обезуглероженного Н₅₀ 4200 МПа, а покрытия Н₅₀ 24000 МПа. При использовании предлагаемой технологии под покрытием обезуглероженный слой отсутствует, что исключает продавливание карбидного слоя при воздействии механической нагрузки на изделие.

Отсутствие обезуглероженного слоя у полотен, обработанных по предлагаемому способу, привело к повышению износостойкости ножовочных полотен до 10 раз.

Аналогичное повышение износостойкости наблюдается и при насыщении поверхности сталей вольфрамом, хромом и другими карбидообразующими элементами.

Таким образом, предложенный способ, включающий проведение перед диффузионной металлизацией поверхности стальных изделий карбидообразующими элементами кратковременной высокотемпературной цементации, позволяет получить высокую износостойкость стальных изделий, испытывающих в процессе эксплуатации механические нагрузки, за счет исключения образования под твердым карбидным покрытием мягкого, обезуглероженного слоя.

Способ повышения износостойкости стальных изделий, включающий диффузионное насыщение поверхности стальных изделий карбидообразующими элементами, отличающийся тем, что перед насыщением изделие кратковременно подвергают высокотемпературной цементации длительностью 20-30 мин при температуре 950-1050°С.

Источник

Методы повышения износостойкости и усталостной прочности деталей

В основе повышения износостойкости и усталостной прочности деталей лежит воздействие на рабочую поверхность деталей и элементы кристаллической решетки металла путем применения различных видов обработок.

Слесарно-механическая обработка. Эта обработка применяется для устранения задиров, рисок, наработки и других дефектов поверхности, а также для получения необходимой чистоты поверхности. Чем выше чистота поверхности, тем выше износостойкость детали. Наиболее часто для этих целей применяют шабрение, шлифование, полирование, хонингование.

Термическая обработка (закалка). Этот способ применяется для повышения твердости поверхности детали. Для уменьшения хрупкости и снятия закалочных напряжений производят отпуск. Сочетание закалки с действием магнитного поля увеличивает прочность стали, так как кристаллы мартенсита принимают одну ориентацию во всех зернах. Поверхностная закалка применяется для повышения прочности и износостойкости деталей, работающих при ударной нагрузке, при этом основной металл детали остается незакаленным. Такая закалка производится токами высокой частоты и газопламенными горелками. Поверхностная закалка в электролите основана на нагреве детали искровыми разрядами через пароводородную оболочку, возникающую у поверхности нагреваемой детали (катода). При этом не образуется закалочных трещин. Обработка холодом применяется для уменьшения количества остаточного аустенита в закаленной легированной стали, так как остаточный аустенит снижает ее твердость и износоустойчивость. При этом стабилизируются размеры деталей, что очень важно для деталей прецизионных пар.

Химико-термическая обработка. Это технологический процесс, при котором происходит изменение химического состава, структуры и свойств поверхности металла. Обработка включает в себя азотирование, фосфатирование, анодирование, цианирование, сульфидирование, борирование, цементацию.

Азотирование применяется для повышения износостойкости, твердости, коррозионной стойкости и жаропрочности деталей. Его производят в камере, заполненной газообразным аммиаком. При электрическом разряде аммиак распадается на ионы азота и водорода, которые начинают бомбардировать поверхность детали, вследствие чего азот насыщает поверхностный слой. Деталь является катодом, а анодом служат электроды. Так целесообразно обрабатывать шейки валов быстроходных дизелей.

Фосфатирование — насыщение рабочей поверхности фосфатами железа и марганца. Фосфатная пленка образуется в результате взаимодействия металла с дигидроортофосфатами железа и марганца. Она предохраняет детали от окисления при высоких температурах, поэтому необходимо фосфатировать рабочую поверхность цилиндровых втулок дизелей.

Анодирование применяется для повышения износостойкости алюминиевых деталей. Сущность процесса заключается в окислении атомарным кислородом поверхностных слоев алюминия (в сернокислой ванне под напряжением до 120 В).

Анодированию подвергают ручьи алюминиевых поршней. Для повышения антифрикционности поверхности ручьев покрываются смесью, состоящей из бакелитового лака, сульфата молибдена или графита и спирта или бензина.

Цианирование заключается в одновременном насыщении поверхности металла углеродом и азотом. Применяется оно для повышения поверхностной твердости, износостойкости и усталостной прочности.

Сульфидирование представляет собой процесс насыщения поверхностей стальных и чугунных деталей серой для повышения их износостойкости и предупреждения задиров.

Борирование — это насыщение поверхности деталей из стали и сплавов на основе никеля, кобальта и тугоплавких металлов бором для повышения твердости, теплостойкости, износостойкости и коррозионной стойкости.

Цементация заключается в насыщении поверхности детали при 900.950°С углеродом с последующей закалкой для повышения твердости, износоустойчивости и усталостной прочности.

Гальваническая обработка. Пористое хромирование рабочей поверхности производится в электролитической ванне. Вначале наносится слой хрома толщиной 0,15. 0,20 мм. Пористость создается переключением тока на обратный на 15.20 мин. Обратный ток вызывает выпадение частиц хрома с образованием мельчайших пор. Такая пористость улучшает смазку трущихся поверхностей и повышает срок службы деталей.

Механическое упрочнение. Для механического упрочнения деталей применяют накатку, простое или ультразвуковое виброобкатывание, дробеструйную и гидроструйную обработку. Накатка шеек и галтелей осуществляется роликами, которые прижимают к поверхности детали. Трехроликовое приспособление исключает деформацию детали и разгружает суппорт и ходовой винт станка. Накатка выполняется за три оборота при 12. 15 об/мин. В процессе накатки в зону контакта подается смесь масла с керосином или полимерная жидкость. Одновременно с упрочнением поверхности повышается и ее чистота.

Виброобкатывание заключается в обкатывании поверхности детали шариком, который вибрирует параллельно оси вращения детали, совершая 2600 двойных ходов в минуту при амплитуде 2 мм.

Ультразвуковое виброобкатывание получается при наложении на ролик колебаний ультразвуковой частоты, направленных перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. В результате при весьма малых статических усилиях обкатывания получается высокая степень упрочнения, при этом в зоне контакта создается температура 1000. 1200 «С. Этот способ применяется для упрочнения закаленной стали и чугуна.

Дробеструйная обработка заключается в том, что на механически и термически обработанную поверхность с большой скоростью направляют поток стальной или чугунной дроби диаметром 0,5. 1,5 мм. Дробь выбрасывается энергией сжатого воздуха или лопатками колеса.

Гидроструйная обработка заключается в обработке деталей струей воды под давлением 0,4.0,6 МПа. Высоконапорная струя воды позволяет упрочнять поверхности сложной конфигурации.

Электромеханическое упрочнение. Данная обработка выполняется на токарно-винторезном станке. При вращении детали и перемещении инструмента с пластинкой из твердого сплава в зону контакта подводят электрический ток силой 350. 1300 А и напряжением 2. 6 В. Вместо резца можно использовать сглаживающий ролик.

В зоне контакта выделяется значительная тепловая энергия, которая мгновенно нагревает зону контакта до температуры закалки. За счет радиального усилия инструмента поверхность сглаживается, а затем быстро охлаждается за счет отвода теплоты внутрь детали. В итоге получается эффект поверхностной закалки на глубину 0,2.0,3 мм с одновременным поверхностным наклепом, значительно повышающим износоустойчивость (до 10 раз) и усталостную прочность детали (до 6 раз).

Электроискровая обработка. Упрочнение деталей этим способом основано на ударном воздействии направленного искрового разряда, вызывающего взрыв на поверхности детали в точке приложения импульса. В результате происходит перенос металла и упрочнение поверхности детали. Важную роль в повышении износостойкости и усталостной прочности деталей играют подбор пар трения и их смазки, а также применение защитных покрытий.

Подбор пар трения и их смазки. Для снижения износа трущихся поверхностей следует правильно подбирать пары трения и смазку к ним. При этом важно учитывать, что:

лучшей парой трения является пара трения бронза — сталь;

коэффициент трения сталь — хром составляет 2/3 коэффициента трения сталь — сталь;

зубчатые колеса, изготовленные из одного материала, при совместном зацеплении должны иметь разную термообработку;

применение химических присадок к смазочным маслам позволяет в несколько раз уменьшить износ, увеличить долговечность и надежность механизмов;

моющие присадки очищают поверхности деталей от отложений, что улучшает охлаждение деталей, смазку и т.д.

Защитные покрытия. Эти покрытия наносят на поверхность деталей для защиты их от коррозии, увеличения сопротивления истиранию, действию высоких температур и т.п. На тепловозах из них применяются гальванические покрытия; пропитка изоляции электрических машин лаками; окраска автоэмалью охлаждающей поверхности; пропитка охлаждающей поверхности жидким стеклом под давлением; окрашивание деталей, агрегатов и тепловоза в целом. Окраска также придает тепловозу товарный вид.

1. От чего зависит выбор способа восстановления изношенных деталей?

2. В каком случае применяют обработку развертками?

3. Каковы особенности сварки чугунных деталей?

4. Каковы особенности сварки и наплавки деталей из алюминиевого сплава?

5. Какие полимерные материалы применяются при ремонте?

6. В чем особенность газопрессовой сварки?

7. Какие существуют методы повышения износостойкости деталей?

8. Какие существуют методы повышения усталостной прочности деталей?

Источник