CC BY
90
УДК 534
ОБУХОВСЬКИЙ В В. кл.н., доц. (ДЕТУТ).
Сучаснi методи вiдновлення та шдвищення зносостiйкостi деталей
Вступ
Виниклий останшм часом дефiцит за-пасних частин при ремонт! вантажних вагонiв поставив завдання економiчно обгрунтованого продовження терм^ служ-би старопридатних деталей. Найбшьш гос-тро ця проблема стать при ремонт несучих деталей вiзкiв вантажних вагонiв - бiчних рам i надресорних балок, яю виходятъ з ладу внаслiдок наднормативного зносу опорних поверхонъ i накопичення втомних ушкод-женъ в найбiлъш навантажених зонах. Ремонт цих деталей безпосереднъо зачшае безпеку руху, в зв'язку з чим зони, дозволеш до вiдновлення зварюванням та наплавлен-ням, яю е основними видами усунення не-справностей, i обсяги цих робгт строго регламентованi. Однак навт при дотриманнi нормативних вимог з проведен-ня зварювалъно-наплавочних роб^ спостерiгаютъся випадки аварiйних вiдмов цих деталей тсля !х ремонту [1].
У вагоноремонтному виробнищта для вщновлення повно'1 працездатностi зноше-них деталей використовують рiзноманiтнi технологiчнi способи: зварювання та на-плавлення, нарощування методом гальватзаци та металiзацii, електричнi способи, пластичну деформацiю та слюсарно-механiчну обробку [2].
У кожного з цих варiантiв е як сво'1 переваги, так i недолши. В технологiях, якi передбачають суттеве нагрiвання деталей, виникае ризик виникнення залишко-вих напруг i змiни фiзико-хiмiчних вла-стивостей поверхневих шарiв матерiалу деталi, появи мшротрщин. Це не завжди
критично, але, тим не менше, нерiдко швелюе цiннiстъ самого вiдновлення деталi i призводить, всупереч очiкуванням, до незворотно'1 втрати деталi.
Традицiйна (на постшному струмi, температура 70-90°С) галъванiка (залiзнення, нiкелювання, хромування) також страждае багатьма недолшами. Нiкелювання не можна застосувати на деталях зi значним зносом i воно не дае високо'1 твердостi покриття. Хромування мае невисоку швидюсть осадження. Залiзнення не забезпечуе надшного зчеп-лення покриття з основою, особливо з ча-вуном i високолегованою сталлю [3].
Для виготовлення довговiчних та надiйних в експлуатаци вагонних деталей створен1 та удосконалюються новi технологiчнi засоби, заснованi на використанш теоретичних досягнень фiзики (головним чином, фiзики твердого тiла), хiмii та iнших наук, де використовуються принципово новi методи щодо змщнення обробки, наприклад, бомбардування елек-тронним променем при зварюваннi металу, штампування вибухом тощо.
Розробка нових технологiчних способiв змщнювально'1' обробки ведеться у напрямку дослщження фiзичних способiв дii на поверхню деталi та на елементи кристалiчноi решiтки.
На пiдставi численних дослщжень дробострумного наклепу встановлено, що пiдвищення зносостiйкостi деталей, як при пластичних деформацiях, так i при шших методах обробки, вiдбуваетъся внаслщок безпосереднього змiцнення поверхневого
шару та сприятливого щодо навантаження розподiлу залишкових напружень.
Внаслiдок обдування дробом на поверхш деталi вiдбуваeться розпадання залишкового аустенiту i загальне пiдвищення мехашчних якостей поверх-невого шару. При цьому, в залежност вiд тривалосп обдування дробом, вiдбуваeться не тшьки перетворення аустенiту в мартенсит, але й перехiд на поверхш глибокогол-частого аустенiту в дрiбнодисперсний. Розпадання аустенiту i пластична деформащя призводить до збiльшення об'ему металу, що викликае залишковi напруження сти-скання в поверхневих шарах деталь
На яюсть обробки поверхш впливае: швидюсть дробi при зустрiчi з поверхнею, що обробляеться; розмiр, яюсть та витра-чання дробц тривалiсть обробки; направ-лення струменя дробi (кут атаки); матерiал, що обробляеться; щшьнють, з якою дрiб покривае поверхню; вiдстань поверхнi, що обробляеться, вщ мiсця вилiтання дробь Вщ перелiчених факторiв залежить: шершавють поверхнi, що обробляеться; глибина наклепу; залишковi напруження.
Дробоструминну обробку широко ви-користовують для змщнення деталей (ресор, пружин, торсiонних валiв, зубчастих колiс, валiв та ш.), особливо тих, що працюють в умовах змшного згину та кручення.
Технологiчний процес накочування роликами мае ряд особливостей, обумовле-них впливом технологiчних факторiв на яюсть обробки.
Яюсть накочування залежить вщ фiзико-механiчних властивостей та стану поверхнi, що обробляеться; режимiв накочування; конструкци пристро'1'в та роликiв.
Обробцi накочуванням пiдлягають чорнi та кольоровi метали з твердютю не бiльше НВ 400, що деформуються у холодному стань
Зi збiльшенням пластичност металу та зниженням твердостi полшшуеться чистота поверхнi; пiдвищуються глибина та
ступшь наклепу; знижуються залишковi напруження стискання.
Поверхня деталi, що обробляеться, не повинна мати мшротрщин, рисок, надривiв.
Накочування роликами
застосовуеться для змщнення деталей машин; обробки поверхонь, а також для фор-мування елеменпв деталей з одночасним !х змiцненням. Найбiльш широко накочування роликами застосовуеться для змщнення осей колюних пар, штоюв штампувальних молот1в, торсiонних валiв та ш. Отримання рiзьби обкочуванням роликами значно пщвищуе межу витривалостi рiзьблених з'еднань.
Сутнiсть способу термомехашчно'1' обробки (ТМО) полягае у сумщенш пластично'1' деформаци, що виконуеться при висоюй температурi (900-1200°С), з негайним охолодженням, яке дозволяе запобiгти розвитку рекристалiзацii, а також зафiксувати особливий структурний стан, що виникае внаслiдок деформаци.
ТМО можна використовувати при рiзних схемах деформаци: прокатка; волочшня; обробка в кувальних вальцях; штампування; видавлювання.
Перспективним способом деформу-вання при проведеннi ТМО е екструзiя (видавлювання) iз застосуванням iндукцiйного нагрiвання.
Оскiльки процеси руйнування почи-нають розвиток з верхшх i найбiльш наван-тажених д^нок, то змiцнення ТМО може виршити проблему значного пiдвищення мiцностi.
При закалюванш з нагрiванням стру-мом високо'1' частоти (СВЧ) високу твердють та нову структуру отримуе по-верхневий шар, а серцевина збер^ае почат-кову твердiсть та структуру.
Твердють залежить також вщ юлькосп вуглецю, який знаходиться у сталь Ефект можна отримати, якщо вмют вуглецю у сталi не менше 0,3-0,4%.
Пiсля закалювання з нагрiванням СВЧ всi деталi для зняття внутрiшнiх напружень пщлягають обов'язковому низькотемпера-турному вiдпущенню у печах або з названиям СВЧ.
Названия СВЧ дозволяе виконувати мюцеве вiдпущення i тим самим регулюва-ти розподiл напружень i мщнють шару.
Цементацiя дозволяе пiдвищити утомлешсну мiцнiстъ сталi i одночасно пщвищуе опiр згину та розтягнення.
Цементащя супроводжуеться
збiлъшенням вмiсту вуглецю у поверхне-вому шарi i при наступнш термообробцi (закалювання та вщпущення) пiдвищуетъся поверхнева твердiстъ, що збшьшуе зносостiйкiстъ деталей. Крiм того, в результат! структурних змiн, збiлъшуетъся об'ем цементованого шару i в ньому вини-кають залишковi напруження стискання, що пiдвищуе утомленiсну мiцнiстъ деталей.
Бшьш доцiлъна для використання га-зова цементащя, яка виконуеться шляхом на^вання деталi у газовому середовищ^ яке мiститъ вуглець.
При температурi 900-1100°С у робо-чому просторi печi газ розкладаеться з утворенням атмосферного вуглецю, який дифундуе в поверхневi шари металу.
Застосування газово'1 цементаци дозволяе бiлъше нiж у два рази прискорити процес, автоматизувати та мехашзувати йо-го, здешев^и процес, регулювати концентрацiю вуглецю. Також до переваг цього методу необхщно вщнести можливiстъ безпосереднього закалювання металiв у цементацiйнiй печь
При азотуванш атомарний азот дифундуе в поверхню сталевих деталей, що створюе в ньому з залiзом та елемен-тами, що легують, (алюмiнiем, хромом, молiбденом) хiмiчнi з'еднання - штриди.
Загальна глибина шару, що азотова-ний, не перевищуе 0,5 мм. У результат азо-тування можна отримати твердiстъ поверх-невого шару у 1,5-2 рази бшьшу, шж при цементаци та закалюванш. Твердють
зберiгаетъся при нагрiваннi деталi до темпе-ратури 500-600°С, що е перевагами методу.
Насичення поверхнi азотом призво-дить до змiнювання структури пове-рхневого шару та збшьшення об'ему шару, що викликае поверхневi напруження сти-скання.
Насичення поверхнi азотом, й висока твердiстъ та залишковi напруження стискання рiзко пщвищують корозiйну стiйкiстъ, зносостшюсть та утомлешсну мщнють деталей.
У реторту або муфель холодно!' печi завантажують детал^ подають амiак, потiм пiч на^вають до температури 480-580°С, продовжуючи безперервно подавати амiак з балона. Амiак при цiй температурi розкладаеться з видшенням атомарного азоту. В результат! поверхня деталi насичуеться азотом.
На процес азотування i яюсть поверх-невого шару впливають таю фактори: температура процесу; тиск газу; тривалють процесу; хiмiчний склад сталь
В залежносп вiд потрiбноi якостi поверхнi деталей застосовуються рiзнi ре-жими i технолог1чн1 процеси щанування.
Цiанування бувае рiдинне та газове.
За температурним режимом щанування можна подшити на два рiзнови-ди: високотемпературне (750-980°С); низькотемпературне (500-700°С).
З пiдвищенням температури збiлъшуетъся глибина шару, а юльюсть ву-глецю в ньому зменшуеться.
Процес щанування ведуть протягом 1-6 годин.
Основними показниками щанованого шару е його склад та глибина, яку можна регулювати, змiнюючи робочу температуру та тривалiстъ процесу.
Деталi iз середньо вуглецево1 сталi пiдлягаютъ загартуванню, якщо температура була 800-830°С i процес тривав 1,5 години.
Щанування при температурi 900-930°С протягом не бiлъше години дае
значне зростання зерна. Тому пiсля цiанування деташ охолоджують на повiтрi або в мастит з наступним нагрiванням для загартування.
Низькотемпературне цiанування проводиться при температурi 550-560°С з наступним повшьним охолодженням. Застосо-вують для усунення зневуглецювання по-верхневого шару i пiдвищення рiзальних властивостей шструмента та
швидкорiзальних сталей замiсть азотування.
Цiанування у розплавлених солях пов'язано з витрачанням дорогих цiанистих солей i зашкоджуе автоматизаци процесу та потребуе особливих заходiв щодо охорони здоров'я пращвниюв.
Перелiченi недолiки рщинного цiанування при газовому способi усува-ються. Крiм того, воно у два рази дешевше рщинного.
Переваги газового щанування, порiвняно з цементащею та азотуванням, полягають у швидкосп процесу i одночас-ному насиченню вуглецем та азотом, що дае бшьший ефект змiцнення та зниження вартосп обробки.
Алiтування - це процес насичення по-верхневого шару деталей алюмшем при високш температурi. На поверхш деталей створюеться твердий розплав зашза з алюмiнiем.
Дифузiя може проходити при безпосе-редньому стиканш стальних деталей (залiза) з розплавленим алюмшем з розкладанням його та видшенням активно! частини алюмiнiю.
Ал^вати необхiдно деталi, яю пра-цюють при високш температурi. Деталi з маловуглецевих сталей, якi пройшли ал^вання, за своею довговiчнiстю вiдповiдають деталям, виготовленим з жаромщно'1 сталi.
На поверхш не повинно бути окис-них плiвок, мастила, пилу. Перед металiзацiею поверхню обдувають сухим стислим повоям.
Алюмiнiй найчастiше напиляють.
Обмазку наносять суцшьним шаром за два-три рази.
Пюля нанесення алюмiнiевого по-криття та обмазки проводять термодифузшне насичення поверхневого шару (вщпалювання).
Товщина покриття при температурi 700-800°С - 0,2-0,3 мм, а при температурi 900-1000°С - 0,5-0,7 мм.
Дифузшне хромування - це процес який може проводитися в порошках i в се-редовищi газу.
Склад порошку: сумш хрому; окис алюмiнiю; хлористий амонш.
Порошок нагрiваеться в печi до тем-ператури 1000-1100°С протягом 5-8 годин. Дифузшне хромування пщвищуе отр утомленосп, зносостiйкiсть, жаростiйкiсть, кислотоупорнють деталей. Чистота поверхнi пiсля цього складае Яа 0,63-Яа 0,32.
Сульфщування - це хiмiко-термiчна обробка деталей, при якш створюються поверхневi шари, що утворюються з хiмiчних з'еднань металу та арки.
Сульф^вання може бути виконано у твердому, рщинному та газоподiбному сере-довищах.
Воно бувае низькотемпературне (175-205°С) i високотемпературне (560-580°С).
При сульфщуванш протягом 5-6 годин при температурi 560-570°С отриму-ють шар товщиною 0,2-0,3 мм.
Сульфщування дае хорошi результати при сухому терт! деталей, а також при робот! 1'х в мастиш, попереджуючи схоплю-вання.
Розглянутi методи вщновлення та пiдвищення зносостiйкостi технологiчно пов'язаш мiж собою i взаемно доповнюють один одного, тому доцшьно 1'х спiльне за-стосування, що дозволить продовжити термiн служби старопридатних деталей як мiнiмум до каштального ремонту.
Список лiтератури
1.Попов С.И., Круглов В.М., Кучмаев В.Л. Метод безнаплавочного восстановления деталей // Железнодорожный транспорт. 2001. № 3.
2.Борзилов 1.Д. Технология техшчного обслуговування та ремонту вагонiв. Том 1. - Харюв, 2003.
3. Технология вагоностроения и ремонта вагонов / Под ред. В.С. Гересимова - Москва, 1988. - 381 с.
Анотацн:
Ключов1 слова: вщновлення, зносостш-к1сть, мщшсть, гальвашка, наклеп, термомехатчна обробка
Статгя посвячена сучасним методам вщновлення та тдвищення зносостшкосп деталей.
Статья посвящена современным методам восстановления и увеличения износостойкости деталей.
Article is devoted to modern methods of recovery and increase wear resistance.
