Способы восстановления изношенных деталей металлизацией

Восстановление деталей машин металлизацией. Методы металлизации и область их применения

Характеристика и область применения металлизации. Металлизация является наиболее распространенным методом восстановления изношенных поверхностей и заключается в нанесении на деталь покрытия без расплавления ее поверхностного слоя. Покрытия наносятся на металлы, пластмассы, стекло, дерево, керамику и другие материалы, так как в процессе напыления температура изделия изменяется незначительно и обычно не превышает 150—200°С, что выгодно отличает ее от наплавки. Для создания покрытий используются различные металлы, сплавы и их соединения (оксиды, нитриды, карбиды и др.). Толщина покрытия наружных поверхностей тел вращения может быть 0,3—10 мм и более без ухудшения прочности сцепления. При металлизации внутренних поверхностей деталей типа втулок предельной считается толщина 2,5—3,0 мм, так как при большей толщине возможно отслаивание покрытия под действием внутренних напряжений.

Область применения металлизации при восстановлении деталей: — восстановление изношенных наружных и внутренних поверхностей деталей машин преимущественно цилиндрической формы (например, валов, штоков, втулок, вкладышей подшипников, цельных подшипников и др.);— создание на деталях поверхностного слоя с определенными свойствами (износостойкого, коррозионно-стойкого, антифрикционного, жаростойкого, сповышенной теплопроводностью или электропроводностью и т.д.);нанесение защитно-декоративных покрытий.

Применение металлизации особенно эффективно при восстановлении крупных деталей, когда стоимость металлизации не превышает 10 % стоимости детали. Механизм металлизации состоит в следующем. Напыляемый металл в виде проволоки, прутков, шнуров или в порошкообразном состоянии расплавляется в специальной установке каким-либо источником тепла и с помощью струи сжатого воздуха или инертного газа распыляется на мелкие частицы размером от 3 до 300 мкм, которые этой же струей переносятся на специально подготовленную поверхность детали. Большинство частиц металла за время полета от зоны плавления до поверхности детали, охлаждаясь, переходят из жидкого состояния в пластичное или твердое. При ударе о деталь твердые частицы расплющиваются, охватывая неровности на ее поверхности, и сцепляются с нею. Кроме того, расплющенные и разорванные края соседних частиц переплетаются и прочно соединяются между собой. В результате соударения между собой и с деталью частицы металла образуют на ее поверхности покрытие. Чем больше скорость частиц, а следовательно, сила удара, тем прочнее сцепление частиц с деталью и между собой.

Напыление покрытия осуществляется на практически холодную подложку, поэтому при охлаждении капель (частиц) напыляемого слоя в нем возникают внутренние («усадочные») напряжения. Таким образом, напыляемый металл соединяется с деталью за счет механического сцепления, адгезии, частично сварки и действия внутренних напряжений.

При газотермическом напылении источником тепловой энергии является пламя, образующееся в результате горения смеси кислорода и горючего газа (ацетилена, метана и др.). При электродуговом и плазменном напылении им является электрическая дуга, горящая между электродами в потоке газа, при индукционном — тепло, выделяющееся в наплавляемом изделии и материале под действием индуцированных в них токов, а при детонационном методе — энергия взрыва.

Для электродугового напыления в качестве присадочного материала используют проволоку, для детонационного — порошок, а для газопламенного и плазменного методов — оба вида материала. Широкое применение в ремонтном производстве получили электротермические методы напыления, при которых расплавление присадочного материала осуществляется теплом, образованным с использованием электрического тока: электрической дугой, индукционным нагревом и плазменной струей. Вид источника расплавления металла определяет особенности электродугового, плазменного и высокочастотного методов напыления, каждый из которых характеризуетсяопределенными достоинствами и недостатками, а также областью их эффективного применения,

В общем случае он включает следующие основные операции: очистка и обезжиривание детали; предварительная механическая обработка напыляемых поверхностей; формирование на напыляемой поверхности определенного рельефа и шероховатости; защита не подлежащих напылению поверхностей; удаление технологических загрязнений; нанесение покрытия; очистка детали и снятие с нее защитных устройств, окончательная обработка детали; контроль качества обработки и покрытия. В ряде случаев для повышения прочности сцепления металлизированного слоя с деталью и его качества применяют указанные выше специальные методы, а также регулируют скорость охлаждения детали после металлизации.

Защита поверхностей детали, не подлежащих напылению. Участки детали, не подлежащие металлизации, защищают от попадания на них распыленного металла с помощью экранов из жести, асбестовых листов или других материалов. Отверстия и каналы должны быть закрыты пробками (заглушками).

Процесс металлизации при этом виде напыления осуществляется за счет энергии, выделяющейся при детонации— процессе химического превращения взрывчатого вещества, который происходит в очень тонком слое и распространяется по взрывчатому веществу в виде особого вида пламени со сверхзвуковой скоростью (в газовых смесях 1000—3500 м/с).

В установках для металлизации в качестве взрывчатого вещества используется смесь кислорода и ацетилена, детонация которой представляет разновидность горения газового топлива

Источник

Металлизация как способ восстановления поверхностей деталей машин

Технические науки

• Легкова Ирина Анатольевна , кандидат наук, доцент
• Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

• МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
• ВОССТАНАВЛИВАЕМАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ДЕТАЛИ
• ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
• СПОСОБЫ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Похожие материалы

Повышение надежности работы средств пожаротушения является актуальным и напрямую зависит от исправности узлов и агрегатов пожарной техники. Правильная эксплуатация, хранение и своевременное обслуживание позволяет значительно продлить срок службы пожарных автомобилей и другого специального оборудования. Одним из методов восстановительного ремонта деталей машин является металлизация изношенных поверхностей с целью восстановления исходных деталей или получения сверхтвердых покрытий.

Металлизацией называется нанесение расплавленного металла на поверхность детали. Сущность процесса металлизации заключается в том, что расплавленный металл наносится на предварительно подготовленную поверхность детали, образуя на ней металлическое покрытие. Металлизация дает возможность покрывать поверхности деталей почти из всех металлов независимо от формы поверхностей.

Благодаря относительно большой скорости движения и незначительному времени полета (тысячные доли секунды) часть распыляемого металла не успевает пройти фазу кристаллизации и достигает поверхности детали в жидком состоянии. Пленка окислов в момент удара частиц о поверхность детали разрывается, и металл расплескивается по поверхности. Частицы металла, успевшие в процессе полета пройти кристаллизацию, от удара деформируются, расплющиваются и заполняют неровности покрываемой поверхности, образуя чешуйчатое строение слоя.

В зависимости от способа расплавления наносимого металла металлизация может быть электродуговой, газовой, высокочастотной и плазменной. Аппараты, с помощью которых производится металлизация, называют металлизаторами [1].

Дуговая металлизация заключается в расплавлении электрической дугой исходного материала и напылении его струей сжатого воздуха на поверхность детали. Электрическая дуга горит между двумя проволоками, протягиваемыми роликами. Струя сжатого воздуха вытягивает дугу. Скорость напыления с расстояния 30 мм от сопла 250 м/с.

Газопламенная металлизация осуществляется с помощью аппаратов, в которых металлическая проволока или порошковые материалы распыляются ацетилено-кислородным пламенем или пламенем других горючих газов в смеси с кислородом. При таком способе металлизации повышается прочность сцепления, уменьшаются размеры распыливаемых частиц металла и снижается его окисление. Недостатками газопламенной металлизации являются низкая производительность и сложность установки.

Высокочастотная металлизация основана на принципе расплавления проволоки в зоне индуктора, состоящего из нескольких витков медной трубки, к которому подается ток высокой частоты от лампового генератора. Высокочастотная металлизация обеспечивает быстрый нагрев конца электродной проволоки, что уменьшает выгорание углерода и других элементов, делает покрытие однородным с пределом прочности на разрыв выше, чем при электродуговой металлизации. Но недостатком является сложность и высокая стоимость оборудования.

Плазменная металлизация осуществляется с помощью плазматронов, где плазмообразующий газ (например, аргон) протекает сквозь столб электрического разряда, частично или полностью ионизируется и превращается в плазму. Плазматрон состоит из катода и анода, охлаждаемых водой, от источника постоянного тока между ними возбуждается электрическая дуга. Плазмообразующий газ ионизируется и выходит из анода плазматрона в виде струи небольшого сечения. Высокая электропроводность плазменной струи значительно повышает плотность тока, температуру газа и скорость его истечения. Плазменная металлизация обеспечивают более высокие, чем при других способах металлизации, механические свойства покрытия и более прочное его соединение с поверхностью детали. Покрытие обладает высокой износостойкостью и не снижает усталостной прочности детали. За счет высокой температуры плазменной струи можно наносить покрытия практически из любых материалов. Процесс полностью автоматизирован, что повышает производительность труда.

Описанные способы металлизации применяют для восстановления начальных размеров и формы поверхностей изношенных деталей, а также для нанесения антифрикционных и износоустойчивых покрытий, создания антикоррозионных и жаропрочных покрытий, устранения пористостей, трещин различного происхождения и т.п.

Технологический процесс ремонта деталей металлизацией состоит из трех этапов: подготовки поверхностей деталей к металлизации, нанесения металлизационного покрытия и обработки деталей после металлизации [1].

Подготовка поверхностей деталей к металлизации является важным этапом, так как от нее зависит качество сцепления металлизационного покрытия с металлом детали. Подготовка поверхности деталей к металлизации состоит из следующих операций: очистки и обезжиривания деталей от грязи, масел, окислов; мойки и сушки; создания шероховатости; защиты поверхностей, не подлежащих металлизации.

Создание шероховатости на металлизируемой поверхности детали может быть выполнено пескоструйной обработкой (сухим крупнозернистым кварцевым песком под давлением сжатого воздуха), обдувкой металлическим песком или дробью, накаткой и т. п. Поверхности деталей, не подлежащие металлизации, защищают плотной бумагой, картоном или специальными кожухами из листовой стали.

Далее на подготовленную поверхность деталей одним из вышеперечисленных способов наносят металлизационное покрытие. Нанесенный слой не является монолитным, а представляет собой пористую массу, состоящую из мельчайших окисленных частиц металла. Твердость металлизационного покрытия определяется качеством наносимого материала.

Затем следует обработка деталей после металлизации. В зависимости от требуемой шероховатости и точности металлизированные цилиндрические поверхности деталей обрабатывают на токарных и шлифовальных станках, а плоские поверхности — на станках или вручную.

Рассматриваемый способ восстановления деталей обладает некоторыми недостатками: прочность сцепления покрытия с основным металлом получается невысокая, механическая прочность металла покрытия пониженная, при металлизации мелких деталей возникают крупные потери металла. Но, не смотря на это, металлизация восстанавливаемых поверхностей деталей находит достаточно широкое применение в ремонтном производстве, имея ряд преимуществ:

• возможность получения больших слоев наращиваемого металла (до 10 мм), что дает возможность ремонтировать детали с большим износом;
• благодаря пористости металлизированного слоя он способен поглощать масло и хорошо удерживать смазку [2], что обеспечивает хорошую износостойкость деталей;
• возможность неоднократного восстановления поверхности деталей;
• сравнительно невысокая стоимость работ.

Использование способа восстановления изношенных поверхностей деталей машин металлизацией может значительно уменьшить запас сменных деталей, сократить сроки нахождения техники в ремонте, увеличить срок межремонтной службы оборудования. В результате чего повышается производительность труда и снижается себестоимость ремонтных работ обслуживаемой техники.

Список литературы

1. Захаров, Ю.А. Восстановление металлизацией деталей транспортно-технологических машин и комплексов / Ю.А. Захаров, Е.В. Ремзин, Г.А. Мусатов. – Молодой ученый. – 2014. – №19. – С. 199-201.
2. Зарубин, В.П. Влияние смазочных материалов на процесс трения и изнашивания в узлах трения пожарной техники / В.П. Зарубин, И.А. Легкова. – NovaInfo.Ru, 2016. – №53. – Т.2. – С. 33-36.

Завершение формирования электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

Источник

8.3. Восстановление деталей металлизацией

8.3.1. Металлизация применяется для восстановления деталей с изношенными плоскими наружными и внутренними цилиндрическими поверхностями, заделки трещин в корпусных деталях, повышения жаростойкости, коррозиестойкости и получения высоких антифрикционных свойств.

В зависимости от источника тепла для распыления наращиваемого металла металлизацию подразделяют на газовую, электрическую и плазменную. Восстановление изношенных деталей металлизацией состоит из операций подготовки поверхности детали, металлизации поверхности и обработки поверхности детали после металлизации.

8.3.2. Подготовка поверхности детали к металлизации включает следующие операции:

— очистку и обезжиривание;

— предварительную механическую обработку;

— специальную обработку для образования шероховатости, а также изоляцию поверхностей детали, не подлежащих металлизации.

Предварительная механическая обработка поверхности детали необходима для получения правильной геометрической формы изношенной поверхности с целью получения минимально допустимой равномерной толщины слоя покрытия для окончательной механической обработки. Повышение шероховатости поверхности требуется для улучшения сцепления с покрытием.

Толщина металлизированного слоя после окончательной механической обработки не должна быть меньше: для цилиндрической поверхности диаметром от 25 до 100 мм — 0,5 — 0,8 мм; для плоских поверхностей — 0,5 — 1,0 мм.

Для предотвращения выкрашивания металлизированного слоя на торцах детали и на открытых ее концах необходимо выполнить канавки или буртики. Изоляция поверхностей, не подлежащих металлизации, производится бумагой, картоном или листовым железом; отверстия и пазы закрываются деревянными или резиновыми пробками. Способы подготовки поверхности детали под металлизацию приведены в таблице 72.

Способы подготовки поверхности под металлизацию

¦Кварцевым песком ¦Обработка поверхности для ¦Допускается выполнять ¦ ¦ ¦защиты от коррозии ¦работу на открытом ¦ ¦ ¦ ¦воздухе ¦ +——————+——————————-+————————+

¦Корундом ¦Дополнительная очистка подго- ¦Рекомендуется при ¦ ¦ ¦товленных, но загрязненных ¦монтаже в условиях ¦ ¦ ¦поверхностей ¦мастерских ¦ +——————+——————————-+————————+

¦Стальной крошкой ¦Повторная подготовка ¦Стальную крошку ¦ ¦ ¦поверхности ¦следует подавать под ¦ ¦ ¦ ¦давлением воздуха 0,6 ¦ ¦ ¦ ¦МПа (6 кгс/кв. см) ¦ +——————+——————————-+————————+

¦Нарезкой рваной ¦Подготовка тел вращения ¦Достигается установкой ¦ ¦резьбы ¦ ¦резца ниже центра ¦ ¦ ¦ ¦детали ¦ +——————+——————————-+————————+

¦Фрезеровкой ¦Исправление брака литья ¦Требуется последующая ¦ ¦канавки дисковой ¦(трещин в корпусных деталях) ¦струйная обработка ¦ ¦фрезой, вырубкой ¦ ¦абразивом или грубая ¦ ¦канавок клиновид-¦ ¦шлифовка ¦ ¦ной формы ¦ ¦ ¦ +——————+——————————-+————————+

¦Насечкой ¦Литье, особенно цветное, ¦Выполняется пневмати- ¦ ¦ ¦плоские стальные поверхности ¦ческим молотком с ¦ ¦ ¦ ¦последующей струйной ¦ ¦ ¦ ¦обработкой абразивом ¦ +——————+——————————-+————————+

¦Бесстружечная об-¦Тела вращения при высоких дина-¦Требуется окончательная¦ ¦работка: накаткой¦мических нагрузках, требующие ¦струйная обработка ¦ ¦резьбы и рифлени-¦высокой прочности сцепления по-¦абразивом ¦ ¦ем ¦крытия с основой ¦ ¦ +——————+——————————-+————————+

¦Электроподготовка¦Детали из низколегированной ¦Электроподготовка ¦ ¦(нанесение проме-¦стали, не испытывающие динами- ¦оказывает заметное ¦ ¦жуточных покры- ¦ческой нагрузки, а также ¦влияние на усталостную ¦ ¦тий): ¦плоские детали и тела вращения ¦прочность детали ¦ ¦- никелевым элек-¦при необходимости нанесения ¦ ¦ ¦тродом с последу-¦толстого покрытия ¦ ¦ ¦ющей струйной об-¦ ¦ ¦ ¦работкой абрази- ¦ ¦ ¦ ¦вом; ¦ ¦ ¦ ¦- нанесением под-¦Получение твердой поверхности ¦ ¦ ¦слоя молибдена ¦детали с тонким слоем покрытия ¦ ¦ +——————+——————————-+————————+

8.3.3. Газовая металлизация по принципу работы подразделяется на два вида: на металлизацию с применением дутьевого газа и без применения дутьевого газа. Наибольшее распространение имеет металлизация с применением дутьевого газа, при которой проволока расплавляется теплом нейтрального пламени горючего газа (ацетилена, пропана и др.) и кислорода, а размельчение и перенос частиц металла на поверхность детали производятся сжатым воздухом или инертным газом.

Режим газовой металлизации:

— давление сжатого воздуха — 0,3 — 0,5 МПа (3 — 5 кгс/кв. см);

— давление ацетилена — 4 — 60 кПа (0,04 — 0,6 кгс/кв. см);

— расход ацетилена — 240 — 850 л/ч;

— давление кислорода — 0,2 — 0,7 МПа (2 — 7 кгс/кв. см);

— расход кислорода — 600 — 2100 л/ч;

— диаметр проволоки — 1,5 — 3,0 мм;

— скорость подачи проволоки 4,5 — 6,0 м/мин.;

— расстояние от сопла до детали (рекомендуемое) — 100 — 150 мм.

Нанесение покрытий производится газопламенными металлизаторами (ГИМ-2М, МГИ-1-57, МГИ-2-65 и др.) вручную и на станках. Материалом для нанесения покрытий служит проволока (стальная, бронзовая, латунная, из алюминиевого сплава, молибдена и др.). Для получения более однородного, беспористого и хорошо связанного с основанием покрытия необходимо после напыления слоя произвести его оплавление.

Этот процесс состоит из нанесения на обезжиренную поверхность детали металла при помощи металлизатора и последующего расплавления покрытия пламенем горелки или индукционным нагревом. Расплавление металла происходит без перегрева детали и без изменения его состояния.

8.3.4. Электрическая металлизация по принципу работы может быть электродуговая и высокочастотная.

Электродуговая металлизация предназначена для выполнения всех видов металлизационных работ и производится в режиме:

— сила тока: переменного — 110 — 250 А, постоянного — 55 — 160 А;

— напряжение — 25 — 35 В;

— давление сжатого воздуха — 0,4 — 0,6 МПа (4 — 6 кгс/кв. см);

— окружная скорость детали — 1,2 — 2,5 м/мин.;

— число проволок — 2 шт.;

— скорость подачи проволок — 0,6 — 1,5 м/мин.;

— продольная подача металлизатора — 1 — 10 мм на один оборот детали;

— расстояние от сопла до поверхности детали — 8 — 100 мм.

Твердость покрытия в 1,6 — 1,7 раза выше твердости исходной проволоки (за счет закалки и упрочнения частиц). Нанесение покрытий производится электродуговыми металлизаторами: ЭМ-6, ЭМ-12, ЭМ-15 (станочные) и ЭМ-9, ЭМ-10, ЭМ-14 (ручные).

Металлизаторы ЭМ-6, ЭМ-12 предназначены для восстановления изношенных цилиндрических и плоских поверхностей деталей различных размеров, нанесения антикоррозионных покрытий, повышения жаростойкости и др.

Ручной металлизатор применяется для восстановления изношенных деталей, деталей с механическими повреждениями (трещинами), для нанесения антикоррозионных и декоративных покрытий, устранения дефектов в отливках, повышения жаростойкости стали.

Наличие двух- или трехпроволочных металлизаторов дает возможность получить сталемедные, медносвинцовистые, сталеалюминиевые и другие композиции из одного, двух, трех разных металлов, а изменение скорости подачи — проволоки и композиции с различным соотношением этих металлов.

При высокочастотной металлизации используется принцип индукционного нагрева, который выполняется в режиме:

— производительность при металлизации стальных деталей — 5 — 10 кг/ч;

— диаметр проволоки — 4 — 5 мм;

— давление сжатого воздуха — 0,3 — 0,4 МПа (3 — 4 кгс/кв. см);

— расход сжатого воздуха — 0,6 — 0,8 м/мин.;

— скорость подачи проволоки — 0,4 — 1,5 м/мин.

Для нанесения покрытий используются высокочастотные металлизаторы МВЧ-1, МВЧ-2, МВЧ-3.

По сравнению с электродуговым процессом при высокочастотной металлизации углерода выгорает примерно в 4 — 6 раз меньше. Лучшие результаты при высокочастотной металлизации дает проволока с содержанием углерода 0,45%; эта проволока обеспечивает наиболее стабильный состав покрытия.

8.3.5. Плазменно-дуговая металлизация основана на способности газов при определенных условиях переходить в состояние плазмы.

Плазма — сильный поток заряженных частиц, обладает высокой электрической проводимостью. Температура струи плазмы значительно выше температуры электрической дуги. Плазмообразующий газ, не содержащий кислорода, позволяет получать покрытия без окислов.

Нанесение покрытий металла на детали производится установками УМП-4-64, УПУ-ЗМ, УМП-5-68. Эти установки предназначены для выполнения покрытий из тугоплавких материалов. Наиболее универсальными являются установки УМП-4-64 и УМП-5-68, они позволяют выполнять резку, сварку, плавку, пайку, оплавление поверхности и другие операции.

Плазменная металлизация производится в режиме:

— производительность по напылению порошка — 4 — 12 кг/ч;

— максимальная сила тока — 400 — 600 А;

— расход азота — 25 — 40 л/мин.;

— давление азота — 0,3 — 0,4 МПа (3 — 4 кгс/кв. см);

— расход охлаждающей воды — 3 — 4 л/мин.;

— давление охлаждающей воды — 0,25 — 0,4 МПа (2,5 — 4 кгс/кв. см);

— толщина покрытия — 0,1 — 10 мм.

8.3.6. Газотермическое напыление используется для исправления дефектов литья, восстановления изношенных поверхностей, а также для получения покрытий с особыми физико-механическими свойствами.

Сущность процесса заключается в нанесении металлического порошка, расплавленного пламенем горелки, на предварительно подготовленную поверхность детали. Напыляемые частицы заполняют неровности поверхности и, охлаждаясь, сжимаются, прочно соединяясь с деталью.

8.3.7. Подготовка поверхности детали к напылению имеет большое значение для прочного сцепления напыленного покрытия с деталью. Для увеличения силы сцепления покрытия деталь должна иметь возможно большую площадь поверхности сцепления (за счет шероховатости), быть очищенной от окисной пленки, влаги, масла и других загрязнений. Особую опасность для сцепления представляют поры: в них может содержаться масло, которое в результате нагревания детали при напылении выделяется на поверхность, что ухудшает сцепление покрытия с основой.

Подготовка поверхности детали к напылению покрытия включает следующие операции:

— механическую обработку для снятия неровностей и удаления усталостного слоя;

— придание поверхности шероховатости для увеличения сцепления с основой детали;

— защиту ненапыляемых участков детали.

Способы подготовки поверхности к напылению приведены в таблице 73.

Источник