Виды износа деталей. Методы борьбы с контактной усталостью и абразивным износом
Изнашивание контактных пар деталей происходит практически во всех отраслях промышленности. Самые экстремальные изнашивающие факторы испытывают машины, работающие в горнодобывающей промышленности, металлургии и транспортной отрасли.
Износ деталей может наступить в результате:
• развития усталостных явлений, имеющих термическую, либо контактную природу
• развития эрозионных процессов;
• явления кавитации;
• Изнашивания схватыванием;
• Диспергирования.
Рассмотрим более подробно два распространенных вида износа: контактную усталость и абразивный износ.
При контактной усталости разрушение приповерхностных слоев металла наступает по причине влияния двух факторов: трения качения и высокого давления. Ярким примером детали, испытывающей подобный тип нагрузки, является колесная пара железнодорожного транспорта.
Абразивный износ чаще всего испытывают на себе горнодобывающие механизмы. Твердые частицы горной породы внедряются в металл, удаление которого в последствии происходит вместе с этим абразивом.
Как правило, детали всегда испытывают один ярко выраженный механизм износа, к которому добавляются другие его типы.
Существует много способов увеличения прочности рабочей поверхности деталей:
• наплавка и напыление
• термическая и химико-термическая обработка(ХТО)
Покрытия могут иметь металлургические (наиболее прочные и меньше подвержены отслоению), либо адгезионные связи.
Способы наплавки:
• Газотермический;
• Дуговой сваркой (покрытыми электродами; под слоем флюса; в среде защитных газов; порошковой проволокой при полуавтоматической сварке);
• Мощными сильно локализованными источниками энергии (лазерным или электронным лучем, плазмой). Применяется редко вследствие сложности процесса.
Рассмотрим наплавку штучными электродами и проволокой в среде защитных газов
Иногда требуется наплавка промежуточного буферного слоя. Такой слой может понадобиться, если наплавленная проволока и основной металл имеют различные мехсвойства. Это приводит к риску возникновения внутренних напряжений, которые могу привести к трещинообразованию. Так же буферные слои выполняют с целью восстановления деталей при сильном износе.
Для буферного слоя целесообразно использовать вязкие аустенитные сплавы (спецэлектроды AWG 7000V) системы «железо-хром-магний».
Самый важный вопрос при борьбе с износом – это правильный подбор покрытия. Как известно, не существует универсальных материалов успешно противостоящих различным видам износа. В каждом конкретном случае нужно выявить преобладающий тип изнашивающего воздействия на рабочую поверхность и подобрать наиболее стойкий сплав. Это условие является законом упрочнения детали.
СпецПроволока для полуавтоматической наплавки AWG M6030
Содержит в себе систему легирования хром-марганец и хорошо противостоит изнашиванию по типу контактной усталости.
Для выполнения наплавки понадобится источник питания для механизированной сварки. Режимы устанавливаются в соответствии с технологической картой, специально разработанной под конкретный процесс. Массовый кабель плотно закрепляется на детали или сварочном столе. При механизированной сварке рекомендуется защищать сопло горелки керамическим спреем.
Слой, наплавленный данным материалом, обладает эффектом самоупрочнения (холодной закалки) – это значит, что твердость контактной поверхности повышается при эксплуатации под действием рабочих нагрузок (наклеп). Твердость увеличивается с 250НВ до 350НВ.
Плавку данной проволоки можно производить под слоем флюса.
Пример использования: наплавка рабочей поверхности колесных пар железнодорожных составов
Методы борьбы с абразивным износом
Существует довольно много процессов нанесения защитных покрытий на металлические рабочие поверхности: от практичной дуговой наплавки и различных видов напыления, до пока экзотического лазерного плакирования.
Самый важный вопрос в борьбе с износом – это подбор эффективного состава покрытия с особыми компонентами для придания специальных свойств рабочим поверхностям изделия. В случае интенсивного абразивного износа на первый план выходят твердость наплавленного металла и тип микрокристаллической структуры. На сегодняшний день самыми твердыми элементами покрытия являются сферические карбиды вольфрама. К сожалению, эти компоненты довольно дороги и зачастую их использование экономически не оправдано. На практике наиболее эффективно работают железные сплавы ледебуритной структуры с включениями карбидов хрома и боридов с твердостью покрытия 60…70 HRC.
Для ручной электродуговой наплавки против абразивного износа используют спецэлектрод КAIT 70.
Добавить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Источник
Способы борьбы с износом
Существует много способов борьбы с износом. Рассмотрим наиболее распространенные в химическом машиностроении.
1. Правильный выбор конструкционных материалов.
Для предотвращения преждевременного механического износа необходимо, чтобы трущиеся поверхности были твердыми и возможно более чисто обработанными.
2. Термическая обработка стальных деталей.
Наиболее часто применяемые способы термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. В последнее время широкое распространение получила поверхностная закалка деталей. Она позволяет добиться высокой твердости, прочности и износоустойчивости поверхностного слоя. Отличие ее от обычной закалки состоит в том, что нагревается до температуры закалки и затем быстро охлаждается только поверхность детали на глубину закаливаемого слоя.
3. Поверхностное упрочнение деталей химико-термическими способами.
Цементация – это процесс науглероживания (насыщения углеродом) поверхностей деталей; содержание углерода в поверхностных слоях возрастает с 0,1…0,25 до 1…1,2 %. Наблюдается повышенная твердость, прочность и износостойкость поверхностного слоя.
Азотирование заключается в насыщении поверхностных слоев азотом, что способствует повышению их твердости, прочности и стойкости против механического и коррозионного износа.
Цианирование – насыщение поверхности детали углеродом и азотом.
Алитирование заключается в насыщении поверхностных слоев детали алюминием, и применяют его для повышения жаропрочности стальных деталей.
Хромирование – насыщение поверхности хромом путем диффузионной металлизации в порошке, содержащем 60 % металлического хрома, 37 % глинозема и 3 % концентрированной HCl.
Силицирование – насыщение поверхностного слоя кремнием; подвергают стальные детали, работающие в условиях высоких температур.
4. Поверхностное упрочнение деталей наклепом.
Для повышения стойкости деталей к механическому износу их поверхности подвергают наклепу, осуществляемому двумя методами – обкаткой или дробеструйной обработкой.
Обкатку применяют для обработки цилиндрических и плоских деталей. Деталь, закрепленная в суппорте токарного станка и приводимая во вращательное движение, обкатывается роликами. Обычно глубина наклепанного слоя не превышает 2 мм.
Дробеструйная обработка пригодна для деталей любой конфигурации. Поверхность обрабатывают в течение 3…5 минут мелкой дробью из отбеленного чугуна, который подают струей воздуха под давлением 0,5…0,6 МПа. Необходимо помнить, что поверхности, подвергнутые наклепу, теряют стойкость к коррозионному разрушению.
5. Повышение износостойкости деталей покрытием из твердых сплавов.
Для увеличения износостойкости деталей их поверхности наплавляют литыми и порошкообразными металлокерамическими твердыми сплавами. Литыми сплавами являются сормайт-1 и сормайт-2. Сормайт – сплав хрома, углерода и железа с незначительным содержанием кремния, марганца и никеля; он изготовляется в виде литых прутков диаметром 3-8 мм или в виде пластин длиной 250 мм.
В качестве порошкообразного сплава используют сталинит – смесь порошков феррохрома и ферромарганца с чугунной стружкой и нефтяным коксом.
6. Конструктивные меры борьбы с износом:
а) предотвращение образования застойных зон;
б) предотвращение эрозионного износа;
в) предотвращение износа поверхностей контакта (установкой между деталями изолятора из неметаллического материала);
г) повышение качества обработки поверхностей;
д) повышение качества смазки и улучшение условий смазки трущихся поверхностей.
7. Защита от коррозии ингибиторами.
Ингибиторы – специальные вещества, которые вводят в агрессивную среду для замедления коррозии.
На нефтеперерабатывающих заводах для защиты холодильного оборудования от хлористого водорода добавляют в среду каустическую или кальцинированную соду, а в верхнюю часть ректификационных колонн для первичной перегонки нефти подают аммиак.
Количество ингибитора должно строго контролироваться, т. к. избыток его может ускорить коррозию. Особенно опасны такие ингибиторы, как тиодигликоль и формальдегид. Очень часто ингибитор, замедляющий коррозию одного металла, может оказаться коррозионноактивным для другого. Так, аммиак, предотвращающий коррозию стальных колонн, вызывает интенсивную коррозию латунных труб в конденсаторах. Поэтому при использовании того или иного ингибитора необходимо помнить о технологической последовательности прохождения средой всех аппаратов, машин и трубопроводов.
8. Электрохимическая защита.
Различают два вида электрохимической защиты. Это катодная и протекторная защита.
Катодную защиту осуществляют подачей постоянного тока от внешнего источника. Отрицательный полюс тока присоединяют к защищаемой конструкции, а положительный – к вспомогательному электроду (аноду), который находится в контакте с агрессивной средой. Катодная защита применяется для подземных трубопроводов и металлоконструкций, оборудования, работающего в морской воде.
При протекторной защите корпус оборудования присоединяют к электроду, имеющему более отрицательный потенциал, чем защищаемая поверхность. В качестве материала для протекторов применяют цинк, магний, магниевые сплавы, сплавы алюминия с цинком и др.
9. Металлизация.
Металлизация может быть осуществлена различными способами: напылением, диффузией, конденсацией из газовой фазы, механическим плакированием и др. Перед металлизацией поверхность детали очищают до металлического блеска в пескоструйных аппаратах.
10. Гальваническое покрытие деталей.
Процесс ведут в электролитах (водных растворах солей, кислот, оснований) или в расплавах солей. Анодом служит наносимый металл, катодом – деталь, на поверхность которой наносят покрытие. Гальваническое покрытие имеет небольшую толщину – обычно не более нескольких десятков микрон.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Меры предупреждений износа деталей машин
На износ деталей машин оказывают большое влияние конструкция машины, качество материалов, из которых исполняются детали, технологические процессы, применяющиеся при изготовлении и ремонте деталей, и особенно технические уходы за машинами в процессе эксплуатации. Например, при удлинении центральной трубы воздухоочистителя трактора С—80 на 950 мм и ДТ—54 на 80 мм износ деталей двигателя уменьшается более чем в два раза, хромирование лемехов увеличивает срок их службы в 16 раз, с применением полировки галтелей увеличивается усталостная прочность коленчатых валов (ДТ—54) почти в 6 раз. Тщательное и своевременное выполнение технических уходов дает возможность увеличить межремонтные сроки машин в несколько раз.
Для уменьшения износа деталей в процессе ремонта применяют ряд способов.
Износ деталей, подвергающихся истиранию, можно уменьшить следующими способами:
тщательной механической обработкой поверхности (шлифованием, доводкой абразивными брусками, притиркой, развертыванием, прошивкой и тонким точением);
нанесением на поверхность деталей износостойких покрытий (хромированием, металлизацией, наплавкой твердыми сплавами и т. п.);
упрочением поверхности деталей цементацией, сплошной и поверхностной закалками и электроискровым способом;
тщательной приработкой отремонтированных деталей, при которой поверхности приобретают соответствующие условиям трения микронеровности и состояние;
созданием на поверхности трения напряжений растяжения.
К мерам борьбы с износом деталей, подвергающихся смятию, относятся:
тщательная механическая обработка сопряженных поверхностей, подвергающихся смятию;
повышение твердости сопрягаемых поверхностей наплавкой деталей твердыми сплавами, закалкой, цементацией, а для деталей, наплавленных чугуном, – отбеливанием поверхности.
Для уменьшения износа деталей, подвергающихся царапанью, наиболее эффективным способом является покрытие деталей хромом.
Другими достаточно эффективными методами являются наплавка на поверхность, подвергающуюся абразивному износу, твердых сплавов, создание на ней корки отбеленного чугуна, закалка ацетиленокислородным пламенем или токами высокой частоты.
Увеличение усталостной прочности деталей достигается рядом способов, из которых наиболее эффективным является создание на поверхности деталей, работающих в условиях циклически меняющихся нагрузок, напряжений сжатия. Это можно объяснить следующим образом.
Допустим, что деталь работает в условиях переменного изгиба. При этом участок поверхности, находясь в положении а, будет испытывать напряжение сжатия. В этот момент образование трещины маловероятно. Находясь же в положении б, тот же участок будет испытывать напряжение растяжения, когда вполне возможно образование первичной трещины или дальнейшее ее развитие.
Что предпринимают для борьбы с износом?
Есть материалы, способные оказать сопротивление
Для эффективности борьбы с явлениями изнашивания необходимо в тех частях детали, которые подвергаются нагрузке, избежать способствующих ему изменений материала. Это значит, что применяемые материалы должны достаточно сильно сопротивляться изнашиванию, а в поверхностных слоях обладать незначительной склонностью к образованию трещин. Таким требованиям удовлетворяют, к примеру, тугоплавкие металлические сплавы (50MnSi4 или 55SiMn7), неорганические материалы, такие как карбиды, бориды, нитриды, оксиды и силициды, а также композиции металлов с неорганическими материалами (Al2O3-Ni, A12O3-A1, ThO3-Al, SiO2-Al).
При небольших нагрузках можно рекомендовать такие легко формуемые материалы, как легкоплавкие сплавы на основе свинца и олова (баббиты), пластмассы (политетрафторэтилен) или композиции пластмасс с металлами (спрелафлон). Из последних особо выделяется полученный в Советском Союзе маслянит. Они особенно сильно снижают сопротивление трению и без образования микротрещин воспринимают касательные напряжения. В качестве материала тормозных колодок ценятся металлы, легированные фосфором.
Спрелафлон представляет собой комбинированный материал, в котором частички свинца тонко распределены в матрице из политетрафторэтилена (125). Благодаря этому возникает автоматическая смазка. Аналогичное действие оказывает разработанный советскими учеными материал маслянит, который по своим физико-механическим свойствам приближается к металлам, а по скольжению — к полимерам. Маслянит это не металл и не пластмасса, а комбинация металлов с полимерами. Он является самосмазывающимся материалом, чье сопротивление изнашиванию значительно выше, чем у бронзы и баббитов. Обладая к тому же высокой стойкостью к коррозии, маслянит может применяться в химической промышленности, в машиностроении, в автомобилестроении, в судостроении, в гидротехнике и в энергетике. Из него делают корпуса подшипников, шестерни и детали машин, работающих в агрессивных средах, а также подшипники в насосах для перекачки жидкостей. Советские специалисты указали, прежде всего, на возможность использования его в вакууме, где пары металлов, например, сталь и бронза, не могут работать, так как необходимая смазка тотчас испарилась бы и произошла бы сварка обоих металлов. Если один из металлов заменить самосмазывающимся материалом, то такие пары могут применяться и в вакууме.
Источник
