Светло-синий 325 -
Серый 330 -Появление
этих цветов связано с интерференцией
белого света в пленках окисла железа,
возникающих на поверхности детали при
ее нагреве. В интервале температур от
220 до 330 ° в зависимости от толщины пленки
цвет изменяется от светло-желтого до
серого. Низкий отпуск применяется для
режущего, измерительного инструмента
и зубчатых колес.
При среднем (нагрев
в пределах 300-500°) и высоком (500-700°)
отпуске сталь из состояния мартенсита
переходит соответственно в состояние
тростита или сорбита. Чем выше отпуск,
тем меньше твердость отпущенной стали
и тем больше ее пластичность и вязкость.
При высоком отпуске сталь получает наилучшее
сочетание механических свойств, повышение
прочности, пластичности и вязкости, поэтому
высокий отпуск стали после закалки ее
на мартенсит назначают для кузнечных
штампов, пружин, рессор, а высокий — для
многих деталей, подверженных действию
высоких напряжений (например, осей автомобилей,
шатунов двигателей).
Для некоторых марок стали отпуск производят
после нормализации. Этот относится к
мелкозернистой легированной доэвтектоидной
стали (особенно никелевой), имеющий высокую
вязкость и поэтому плохую обрабатываемость
режущим инструментом. Для улучшения обрабатываемости
производят нормализацию стали при повышенной
температуре (до 950-970°), в результате чего
она приобретает крупную структуру (определяющую
лучшую обрабатываемость) и одновременно
повышенную твердость (ввиду малой критической
скорости закалки никелевой стали). С целью
уменьшения твердости производят высокий
отпуск этой стали.
Дефекты закалки
К дефектам закалки относятся:
трещины, поводки или коробление, обезуглероживание.
Главная причина трещин и поводки — неравномерное
изменение объема детали при нагреве и,
особенно, при резком охлаждении. Другая
причина — увеличение объема при закалке
на мартенсит. Трещины возникают потому,
что напряжения при неравномерном изменении
объема в отдельных местах детали превышают
прочность металла в этих местах. Лучшим
способом уменьшения напряжений является
медленное охлаждение около температуры
мартенситного превращения. При конструировании
деталей необходимо учитывать, что наличие
острых углов и резких изменений сечения
увеличивает внутреннее напряжение при
закалке.
Коробление (или поводка)возникает также
от напряжений в результате неравномерного
охлаждения и проявляется в искривлениях
деталей. Если эти искривления невелики,
они могут быть исправлены, например, шлифованием.
Трещины и коробление могут быть предотвращены
предварительным отжигом деталей, равномерным
и постепенным нагревом их, а также применением
ступенчатой и изотермической закалки.
Обезуглероживание стали с поверхности
— результат выгорания углерода при высоком
и продолжительном нагреве детали в окислительной
среде. Для предотвращения обезуглероживания
детали нагревают в восстановительной
или нейтральной среде (восстановительное
пламя, муфельные печи, нагрев в жидких
средах).
Образование окалины на поверхности изделия
приводит к угару металла, деформации.
Это уменьшает теплопроводность и, стало
быть, понижает скорость нагрева изделия
в печи, затрудняет механическую обработку.
Удаляют окалину либо механическим способом,
либо химическим (травлением). Выгоревший
с поверхности металла углерод делает
изделия обезуглероженным с пониженными
прочностными характеристиками, с затрудненной
механической обработкой. Интенсивность,
с которой происходит окисление и обезуглерожевание,
зависит от температуры нагрева, т. е. чем
больше нагрев, тем быстрее идут процессы.
Образование окалины при нагреве можно
избежать, если под закалку применить
пасту, состоящую из жидкого стекла —
100 г, огнеупорной глины — 75 г, графита
— 25 г, буры — 14 г, карборунда — 30 г, воды
— 100 г. Пасту наносят на изделие и дают
ей высохнуть, затем нагревают изделие
обычным способом. После закалки его промывают
в горячем содовом растворе. Для предупреждения
образования окалины на инструментах
быстрорежущей стали применяют покрытие
бурой. Для этого нагретый до 850°С инструмент
погружают в насыщенный водный раствор
или порошок буры.
Плазменное напыление
Плазменное напыление
является одним из наиболее интересных
и эффективных способов нанесения
защитных и упрочняющих покрытий
на поверхность деталей. Это процесс,
при котором наносимый материал в виде
порошка или проволоки вводится в струю
плазмы и нагревается в процессе движения
с потоком газа до температур, превышающих
температуру его плавления, и разгоняется
в процессе нагрева до скоростей порядка
нескольких сотен м/с. Плазменное напыление
является одним из наиболее распространенных
и сложных процессов плазменной обработки.
По степени распространенности оно уступает
плазменной резке, но является более сложным
в силу круга решаемых задач, состава плазмообразующих
газов и смесей и бесконечного разнообразия
наносимых материалов. Даже перечень классов
плазменных покрытий выглядит весьма
внушительно.
Покрытия бывают:
коррозионностойкими - для работы в агрессивных
жидкостях и газах, при низких, нормальных
и высоких температурах, в кислотах и щелочах,
в растворах и расплавах солей и металлов,
в условиях дополнительного эрозионного,
фрикционного или абразивного износа,
с наличием дополнительного электрохимического
взаимодействия или без и так далее;
износостойкими в условиях сухого трения
или со смазкой, при малых и больших давлениях
и удельных нагрузках, при низких и высоких
скоростях перемещения, при низких и высоких
температурах и т.д.
электроизоляционными и электропроводными
в самых разных условиях;
фрикционными и антифрикционными при
самых различных нагрузках и условиях
трения; декоративными;
каталитическими и ингибиторными, разделительными,
магнитными и магнитопрозрачными.
Чтобы не заниматься
дальнейшим перечислением, можно сказать:
при наличии любой проблемы, связанной
с недостаточным сроком службы той
или иной детали, почти всегда можно
найти или создать материал, более
полно отвечающий условиям работы напряженной
детали, чем исходный материал и, значит,
нанести его методом плазменного
напыления в качестве упрочняющего
покрытия. Номенклатура материалов для
напыления и наплавки, предлагаемых
ведущими фирмами насчитывает сотни
наименований и постоянно расширяется
по мере появления и решения новых
практических задач.
Очень внушительно выглядит перечень
восстанавливаемых и упрочняемых деталелей:
штоки гидроцилиндров;
посадочные поверхности валов под подшипники
и запрессовку;
роторные валы и крышки электродвигателей;
роторы и коленчатые валы;
подшипники скольжения компрессоров;
валы полиграфического и бумажного производства;
валы, муфты насосов;
защитные втулки;
тормозные диски;
винтовые транспортеры;
ролики рольганов;
детали ворсовальных станков и прядильно-ткацкого
оборудования
пиноли и направляющие станков;
лопатки турбин, компрессоров и вентиляторов;
коленчатые валы;
подшипники скольжения с антифрикционным
слоем на основе бронз, баббитов;
барабаны помольных мельниц;
штампы;
литейные оборудование и формы;
быстроизнашиваемые детали полиграфического
оборудования и другие.
Срок эксплуатации большей части выбраковываемых
деталей может быть продлен нанесением
противоизносных и защитных покрытий.
Подбор оптимального материала покрытия
для конкретных условий работы детали
позволяет не только восстановить изношенную
деталь, но и увеличить срок службы в несколько
раз. Нагрев деталей при восстановлении
- не более 150 °С; тем самым гарантируется
отсутствие температурных деформаций
и структурных изменений металла восстанавливаемых
деталей.
Восстановление изношенных
и упрочнение вновь изготавливаемых
деталей машин и механизмов методами
плазменного напыления и плазменной
наплавки, работающих в условиях трения,
кавитации, термоциклирования, коррозии
и других видов изнашивания.
Под наплавкой понимают
процесс нанесения на поверхность
детали металла или сплава в расплавленном
состоянии.
Плавление металла или сплава
происходит благодаря теплоте электрической
дуги (электрическая сварка и наплавка)
или теплоте, образующейся при сгорании
ацетилена, природного и других горючих
газов в струе кислорода (газовая
сварка и наплавка).В процессе плавления
металла и его последующем затвердевании
из-за неравномерного распределения теплоты
на участке, прилегающем к наплавленному
слою (в зоне термического влияния), происходят
структурные изменения в металле и изменения
линейных размеров детали. Глубина зоны
термического влияния, зависящая от начальной
температуры детали, скорости и способа
охлаждения, теплопроводности основного
металла, способов и режимов наплавки,
колеблется от 1 до 25 мм. Изменения структуры
металла и линейных размеров, если не принять
особых мер, приводят к местной деформации
детали и появлению на ней трещин. К особым
мерам относятся предварительный подогрев
и последующее медленное охлаждение детали,
особые приемы наплавки, отжиг и отпуск
после наплавки, защита расплавленного
металла от воздействия воздуха и т. п.
В процессе наплавки наносимый металл
насыщается кислородом, азотом и водородом
воздуха, а также в нем выгорают легирующие
элементы. Образование окислов в наплавленном
металле снижает предел прочности и ударную
вязкость шва, а насыщение стали азотом
ухудшает его пластические свойства, уменьшает
ударную вязкость, относительное удлинение
и т.п. Для защиты расплавленного металла
от воздействия кислорода и азота воздуха
и компенсации выгоревших легирующих
элементов применяют электроды с покрытиями
или наплавку проводят под слоем флюса
и в среде защитных газов.
Сварка и наплавка
стальных деталей. Для защиты сварочного
шва от вредного действия воздуха
при ручной сварке и наплавке применяют
электроды с тонкими (0,10... 0,25 мм на
сторону) и толстыми (0,5... 1,5 мм на сторону)
покрытиями. Тонкие покрытия (состоящие
чаще всего из 80...85 % мела и 20... 15 % жидкого
стекла) способствуют устойчивости горения
дуги, поэтому их часто называют
стабилизирующими или ионизирующими.
Электроды с тонкими покрытиями
используют при сварке малоответственных
деталей, работающих при статических
нагрузках. Толстые покрытия являются
защитно-легирующими. В них входят
газошлако-образующие, легирующие вещества
и раскислители, способствующие формированию
шва с повышенными механическими свойствами.
Электроды с толстыми покрытиями применяют
для сварки и наплавки ответственных частей
из углеродистых и низколегированных
сталей. Для наращивания изношенных поверхностей
стальных деталей пользуются наплавочными
электродами, обеспечивающими получение
плотного слоя металла необходимой твердости.
Сварка чугунных
деталей. При разработке технологии
восстановления чугунных деталей сваркой
следует иметь в виду, что в
процессе сварки из-за высокого местного
нагрева, быстрого охлаждения и усадки
в металле возникают значительные
внутренние напряжения, которые могут
привести к появлению трещин. При
быстром охлаждении кроме усадки
происходит отбеливание чугуна, вследствие
чего шов получается пористым. Отбеленный
чугун характеризуется высокой
хрупкостью и твердостью, что снижает
прочность шва и затрудняет механическую
обработку. Для предупреждения этих
нежелательных явлений при сварке
чугунных деталей применяются соответствующие
электроды и флюсы. Сварку ответственных
деталей ведут с предварительным
подогревом (горячая сварка) и во
всех случаях — с медленным
охлаждением детали. Горячая сварка
чугуна возможна как ацетиленокис-лородным
пламенем, так и электрической дугой.
Сварка и наплавка деталей из алюминиевого
сплава. Сварка осложняется из-за того,
что при нагревании эти сплавы интенсивно
окисляются, а их окислы тугоплавки. Так,
температура плавления алюминия составляет
657 °С, а его окислов — 2050 "С. Пленка окислов
затрудняет процесс сплавления присадочного
материала с основным и препятствует выходу
газов из расплавленного металла. Удаляют
окислы флюсами или электродными покрытиями,
растворяющими или связывающими окись
алюминия. Присадочным материалом могут
служить стержни того же состава, что и
основной металл.В практике ремонта тепловозов
чаще для сварки и наплавки деталей из
алюминия пользуются ацетиленокислородной
сваркой. Хорошие результаты дает электродуговая
сварка в защитной среде инертного газа
аргона (аргонодуговая сварка неплавящимся
электродом). Однако применение этого
вида сварки ограничивается высокой стоимостью
и дефицитностью аргона.
Полуавтоматическая и автоматическая
сварка и наплавка. Электрическая сварка
и наплавка, при которой механизирована
(автоматизирована) только подача присадочного
материала, называется полуавтоматической;
если же механизировано и передвижение
электрода вдоль шва — автоматической.
Рассматриваемые виды сварки и наплавки
в настоящее время находят все большее
применение на тепловозоремонтных заводах
и в депо с большим объемом ремонтных работ.
При полуавтоматической и автоматической
сварке электрическая дуга и расплавленная
ванночка металла изолируются от воздуха
флюсом или защитным нейтральным газом.
Сварка и наплавка под слоем флюса. При
этом процессе электрическая дуга горит
под слоем сухого зернистого флюса, поступающего
перед дугой из патрубка. Плавится как
электрод (голая не-обмазанная проволока),
подаваемый в зону плавления с постоянной
скоростью, так и часть флюса. При этом
над сварочной ванной образуется газовый
пузырь, флюсовая оболочка которого (жидкий
шлак) надежно защищает зону горения от
влияния воздуха. Эта же оболочка не дает
разбрызгиваться жидкому металлу, сохраняет
тепло дуги, замедляет остывание шва, так
как после остывания над швом образуется
плотная шлаковая корка. Флюс создает
благоприятные условия для выхода газов
из сварочной ванны, т.е. способствует
формированию однородного и плотного
слоя наплавленного металла с меньшим
количеством шлаковых и газовых включений
и хорошими механическими свойствами.
Кроме того, вследствие длительного контакта
флюса с жидким металлом происходит легирование
наплавленного слоя. При автоматизации
процесса не только получается более качественный
шов, но и значительно повышается производительность
труда, экономнее расходуется электродная
проволока и электроэнергия. Кроме того,
работу могут выполнять сварщики более
низкой квалификации.Вместе с тем у автоматизированного
процесса имеются и недостатки: значительная
глубина зоны термического влияния; затруднения
при наплавке деталей диаметром менее
100 мм, так как расплавленный флюс и шлак
не успевают затвердеть и стекают с поверхности
детали, и, кроме того, такие детали сильно
деформируются; высокая стоимость флюсов,
необходимых для получения слоя большой
твердости; большие потери времени на
вспомогательные работы.
Автоматической наплавкой под слоем флюса
целесообразно восстанавливать детали
классов «вал» и «отверстие» больших размеров,
имеющих значительный износ, путем последовательного
наложения сварных швов по винтовой линии
при вращении детали.
Наплавка в среде защитных газов. Этот
способ отличается от наплавки под слоем
флюса тем, что электрическая дута и сварочная
ванна изолируются от воздуха оболочкой
инертного газа — аргона или углекислого
газа. Сварку и наплавку в защитной среде
инертного газа рекомендуется вести постоянным
током обратной полярности для получения
более устойчивой дуга и меньшей зоны
термического влияния.Рассматриваемый
вид наплавки широко применяется при восстановлении
постелей коренных подшипников коленчатого
вала дизеля (наплавка в среде углекислого
газа) и алюминиевых блоков дизелей (аргонодутовая
сварка и наплавка).
Вибродуговая наплавка. Этот способ отличается
от обычной автоматической электродуговой
наплавки тем, что электродная проволока
в процессе наплавки непрерывно вибрирует,
вследствие чего электрическая дуга горит
не постоянно, а возбуждается периодически.
Цикличность возбуждения дуги способствует
более устойчивому протеканию процесса
и переносу электродного материала на
деталь в мелкокапельном состоянии, что
позволяет получать плотные слои наплавленного
металла небольшой толщины (от 0,50 до 2 мм)
при малой глубине зоны термического влияния,
т.е. практически без деформации детали.
Поэтому способ вибродуговой наплавки
широко применяют для восстановления
деталей классов «вал» и «отверстие» сравнительно
малого диаметра и с незначительным износом
(рис. 3.4).Для вибродуговой наплавки чаще
всего используют старые то-карно-винторезные
станки, обеспечивающие вращение детали
и продольное перемещение вибродуговой
головки. Вибрация электрода достигается
электромагнитным или механическим вибратором,
или за счет эксцентриситета мундштука
головки.