Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы поверхностного упрочнения, используемые при изготовлении и восстановлении деталей машин, работающих в условиях интенсивного изнашивания 7
1.1. Общий обзор методов поверхностного упрочнения 7
1.2. Технологии упрочнения с использованием различных вариантов наплавки 38
1.3. Материалы, применяемые для плазменно-порошковой наплавки 59
1.4. Перспективы использования порошков твердых сплавов в качестве износостойких наплавочных материалов 65
Глава 2. Выбор метода и разработка технологии получения порошковых наплавочных материалов из отходов твердых сплавов 73
2.1. Изучение и выбор метода получения порошковых наплавочных материалов из отходов твердых сплавов 73
2.2. Изучение и выбор оборудования для получения порошка методом ЭЭД 82
2.3. Изучение и выбор среды для ЭЭД отходов твердых сплавов 86
2.4. Изучение и выбор режимов получения порошковых наплавочных материалов методом ЭЭД из отходов твердых сплавов 88 Выводы к главе 2 91
Глава 3. Исследование строения и свойств наплавочных порошков твердых сплавов, полученных электроэрозионным диспергированием 93
3.1. Исследование распределения размеров частиц порошка 93
3.2. Исследование химического состава порошков 96
3.3. Исследование формы и морфологии поверхности частиц порошков 100
3.4. Исследование фазового состава порошков 106
3.5. Исследование микротвердости порошков * 112
3.6. Исследование микроструктуры сплава ВК8 и частиц этого сплава, полученных ЭЭД 113
Глава 4. Разработка и промышленное опробование технологии плазменно-порошковой наплавки с использованием порошков, полученных электроэро-зионым диспергированием из отходов твердых сплавов 116
4.1. Обоснование выбора объекта промышленного опробования технологии плазменно-порошковой наплавки с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов твердых сплавов 116
4.2. Характеристики выбранного оборудования для нанесения плазменных покрытий на коленчатые валы двигателей 120
4.3. Внедрение новых наплавочных порошковых материалов в технологию плазменно-порошковой наплавки коленчатых валов ДВС, полученных ЭЭД отходов твердых сплавов 122
4.4. Изучение качества плазменных покрытий, полученных с добавлением твердосплавных порошков 126
4.4.1. Исследование твердости покрытий 126
4.4.2. Исследование микротвердости наплавленного слоя 128
4.4.3. Исследование микроструктуры покрытий 131
4.4.4. Исследование износостойкости покрытий 133
4.4.5. Исследование геометрических параметров наплавочных валиков 137
4.5. Оптимизация состава наплавляемых порошковых композиций с целью улучшения качества плазменных покрытий коленчатых валов 139
4.6. Сравнение полученных результатов твердосплавной плазменно-порошковой наплавки с твердосплавной наплавкой под слоем флюса 144
Выводы 147
Библиографический список 148
- Технологии упрочнения с использованием различных вариантов наплавки
- Изучение и выбор оборудования для получения порошка методом ЭЭД
- Исследование микроструктуры сплава ВК8 и частиц этого сплава, полученных ЭЭД
- Характеристики выбранного оборудования для нанесения плазменных покрытий на коленчатые валы двигателей
Введение к работе
Одной из основных задач развития современного машиностроения является повышение качества, надежности и долговечности деталей, узлов и механизмов. Одной из основных причин выхода их из строя является износ. При большом многообразии видов и механизмов изнашивания [59] в машиностроении одной из актуальных задач является повышение качества деталей, работающих в условиях абразивного (и коррозионно-абразивного) изнашивания, характерных для сельхозмашин, автомобилей, дорожно-строительных машин, горнодобывающего оборудования и т.д. Эта проблема может быть решена за счет применения эффективных методов поверхностного упрочнения при изготовлении и восстановлении деталей машин путем применения специальных износостойких материалов, обеспечивающих получение покрытия с заданными физическими свойствами.
В настоящее время используются различные методы нанесения износостойких покрытий с целью упрочнения поверхности трения. Каждый из этих методов обладает отличительными технологическими особенностями и свойствами и по-разному может влиять на качество поверхности детали.
Одним из наиболее универсальных и гибких технологических приемов воздействия на свойства обрабатываемых поверхностей как метод упрочнения вновь изготавливаемых деталей машин и восстановления деталей с большой степенью износа (0,5 мм более), работающих в условиях интенсивного изнашивания, является наплавка.
В настоящее время используются различные виды наплавки для нанесения износостойких покрытий и упрочнения поверхности трения. Каждый из этих видов обладает отличительными технологическими особенностями и свойствами и по-разному может влиять на качество поверхности детали.
Точно заданная глубина проплавлення и толщина покрытия, высокая равномерность по толщине слоя, возможность обеспечения необходимого со-
става, структуры и свойств уже в первом слое металла наплавки, малые остаточные напряжения и деформации, отсутствие разбавления наплавленного покрытия основным металлом делают плазменно-порошковую наплавку (ППН), на сегодняшний день, одним из самых эффективных методов поверхностного упрочнения, используемых при изготовлении и восстановлении деталей машин, работающих в условиях интенсивного изнашивания.
В качестве материала при ППН деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания, используются порошковые наплавочные материалы, в структуре которых содержатся высокотвёрдые (карбиды, бориды и т.д.) фазы и относительно пластичная матрица. Среди порошковых наплавочных материалов, обладающих высокой твердостью (выше твердости абразива, т.е. 10000 МПа) и стойкостью к абразивному износу одними из наиболее перспективных являются порошки на основе систем WC-Co и WC-TiC-Co, являющиеся основой твердых сплавов, переработка отходов и дальнейшее использование которых остаются актуальной проблемой и в настоящее время. Твердосплавные пластины нашли широкое распространение в машиностроении в качестве лезвийного режущего инструмента. Использование порошков, полученных из отходов твердых сплавов, а не промышленно выпускаемых (достаточно дорогих), в качестве высокотвердой дисперсной составляющей композиции для ППН позволит добиться повышения качества плазменных покрытий с минимумом затрат на порошковые материалы. Но свойства порошков, полученных из отходов твердых сплавов, изучены недостаточно, поэтому их применение ограниченно.
Для выполнения намеченных исследований были выбраны отходы наиболее распространенных в машиностроении марок твердых сплавов - ВК8 и Т15К6. Эти сплавы имеют относительно низкое содержание кобальта и весьма износостойкие, что особенно важно при упрочнении и восстановлении деталей машин, работающих в условиях интенсивного изнашивания.
Целью работы являлось: разработка технологии получения порошковых наплавочных материалов из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД), аттестация порошков и их применение для плаз-менно-порошковой наплавки износостойких покрытий для деталей машин.
В соответствии с поставленной целью решались соответствующие задачи.
При решении поставленных задач использовались современные методы испытаний и исследований, в том числе оптическая микроскопия, электронная растровая микроскопия, микроренгеноспектральный, рентгеноструктурный фазовый анализ. Определение общего углерода проводили по ГОСТ 25599.1-83 «Сплавы твёрдые спечённые. Методы определения общего углерода» газообъёмным методом. Определение свободного углерода проводили потенциометри-ческим методом по ГОСТ 25599.2-83 «Сплавы твёрдые спечённые. Методы определения свободного углерода». Массовое содержание кобальта определяли по ГОСТ 25599.4-83 «Сплавы твёрдые спечённые. Метод определения кобальта». Содержание кислорода определяли по ГОСТ 27417-87 «Порошки металлические. Методы определения кислорода». Измерения твердости наплавленных покрытий проводили по Роквелду (ГОСТ 9013-59) на приборе типа ТК-2 по шкале С; микротвёрдости - на приборе ПМТ-3 (ТУ 3-3.1377-83). Измерение относительной износостойкости производилось на экспериментальной машине трения в соответствии с ГОСТ 23.208-79. Результаты всех измерений проходили статическую обработку по стандартной методике. Планирование эксперимента проводилось с помощью метода Бокса-Уилсона (крутого восхождения).
Технологии упрочнения с использованием различных вариантов наплавки
Наплавку, при которой в качестве источника теплоты используют газовое пламя, называют газовой. Газовым пламенем специальных горелок можно производить наплавку и напыление покрытий, а также их оплавление. Газовое пламя получают при сжигании газообразных продуктов в кислороде. В качестве горючего газа чаще всего применяют ацетилен, максимальная температура пламени которого в смеси с кислородом составляет 3150 С. Используют для этой цели также и пропан-бутан. Газовую наплавку широко применяют в промышленности. Ее можно подразделить на газовую наплавку с присадкой прутков или проволоки, газопорошковую и газопламенное напыление с последующим оплавлением. Технология нанесения покрытий этими способами проста и доступна.
Газовую наплавку с присадкой прутков или проволоки выполняют вручную, главным образом, ацетиленовыми горелками типа «Звездочка», «Звезда», ГС-2, ГС-3, ГС-4 и др. Принцип устройства у них одинаков, отличаются они мощностью и габаритными размерами. Такую наплавку применяют в основном для нанесения износостойких сплавов типа стеллита, сормайта и др. При наплавке этих материалов используют флюсы на основе буры и борной кислоты. Детали небольших размеров наплавляют без предварительного подогрева. Крупногабаритные детали подогревают до температуры 500 - 700 С. При этом способе применяют и трубчатые наплавочные материалы, представляющие собой стальные или никелевые трубки, заполненные порошком, например, карбидом вольфрама. В процессе наплавки газокислородным пламенем расплавляется трубка, а износостойкий наполнитель погружается в расплавленный металл, образуя высокоизносостойкий композиционный сплав.
Газовую наплавку с присадкой прутков или проволоки используют в сельском хозяйстве, дорожном строительстве для упрочнения рабочих органов машин.
Газопорошковая наплавка позволяет упрочнять детали сложной конфигурации слоем минимальной толщины (0,1 - 0,3 мм) без разбавления основным металлом, так как зона перехода при этом составляет всего 100 -120 мкм. Для наплавки используют специальные горелки (рис. 1.8). Кислород по трубке 8 поступает через инжектор 10 в камеру смешения 9. Ацетилен по трубке 7 подается в канал 6, окружающий инжектор. Из канала 6 ацетилен инжектируется струей кислорода, вытекающего из инжектора, в камеру смешения 9. В камере оба газа смешиваются, по трубке 5 поступают в мундштук 1 и, выходя из него, сгорают, образуя сварочное пламя 2. После установления необходимого состава пламени и разогрева детали, открывают отсекатель порошка (на рисунке не показан). Из бункера 13 под действием собственного веса и инжектирующего действия кислородной струи, выходящей из инжектора 12, порошок попадает в смесительную камеру 11, где он смешивается с кислородом. Поток кислородно-порошковой смеси поступает в инжектор 10, обеспечивая инжекцию горючего газа — ацетилена. На выходе из мундштука ацетиленокислородная смесь горит в виде пламени, которое обеспечивает необходимый нагрев наплавляемой поверхности 4 и частиц порошка, создавая общую сварочную ванну 3.
Газовая наплавка обеспечивает следующие преимущества [101, 107, 112]: незначительное проплавление основного металла; возможность наплавки мелких деталей сложной формы; уменьшение опасности возникновения трещин; низкая стоимость сварочного оборудования.
Вместе с тем для газовой наплавки характерны и недостатки [101, 107, 112]: низкая производительность при наплавке массивных деталей; высокая квалификация сварщика; низкое использование наплавочных материалов (60 - 80 %).
Наплавку ведут гранулированным самофлюсующимся порошком системы хром - бор - никель. Расход порошка составляет до 2,7 кг/ч. Рекомендуемые размеры частиц порошка 40 - 100 мкм. Газопорошковую наплавку используют в основном при ремонтных работах для восстановления и упрочнения автотракторных деталей, штампов и матриц, головок рельсов в железнодорожном транспорте и других деталей РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
Наиболее широкое распространение в машиностроении и в других отраслях производства получили технологические разновидности электродуговой наплавки. Достоинство электродуговой наплавки [28, 101, 107] - возможность нанесения износостойких покрытий на детали любой формы (цилиндрической, фасонной, плоской) в любых пространственных положениях с широким диапазоном свойств наплавленного металла, простота механизации и автоматизации технологического процесса (в значительной мере реализованная в настоящее время), а также доступность наплавочных материалов различных типов.
Процесс ручной дуговой наплавки отличается технологической простотой и вместе с тем нестабильностью качества наплавленного слоя, определяемого субъективными факторами профессиональных навыков и квалификации сварщика, сравнительно невысокой производительностью (2...3 кг наплавленного металла за 1 ч), тяжелыми условиями труда.
Механизированная наплавка выгодно отличается от ручной непрерывностью технологического процесса, которая достигается использованием электродной проволоки или ленты в виде больших мотков, подводом тока к электроду на минимальном расстоянии от дуги, что позволяет применять токи большой силы без перегрева электрода.
Наплавка подслоем флюса - одна из распространенных разновидностей механизированной наплавки. Порошкообразный флюс расплавляется под действием теплоты дуги и образует вокруг зоны наплавки оболочку шлака, что надежно изолирует расплавленный металл от вредного воздействия воздуха, препятствует разбрызгиванию жидкого металла и нарушению формирования шва. Под слоем флюса можно наносить слой металла практически любого химического состава толщиной от 2 мм и более. Этот процесс применим при наплавке на цилиндрические поверхности, всевозможные плоские детали и изделия криволинейной формы (например, на лопасти гидротурбин).
Изучение и выбор оборудования для получения порошка методом ЭЭД
Описанный процесс представлен на рис. 2.1. Импульсное напряжение генератора 1 прикладывается к электродам 2 и 3. При достижении напряжения определённой величины происходит электрический пробой рабочей среды, находящийся в межэлектродном пространстве с образованием канала разряда 6. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии материал в точке разряда 5 плавится и испаряется, рабочая среда испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада 7 (газовым пузырём). В результате развивающихся в канале разряда и газовом пузыре значительных динамических сил, капли расплавленного материала 4 выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую среду, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы твердого сплава. Структурообразование частиц происходит при одновременно протекающих с высокой скоростью процессах кристаллизации расплава, а также переносов углерода в быстрокристаллизующимся материале получения порошкового материала из отходов твердых сплавов[78].
Методом ЭЭД возможно получать порошки практически любых токопро-водящих материалов. Авторами [71, 78] отмечается, что порошки, получаемые этим методом, имеют в основном сферическую форму частиц размером от 0,01 до 100 мкм. Причем, изменяя электрические параметры процесса диспергирования можно управлять шириной и смещением интервала размера частиц. В зависимости от среды диспергирования можно получать как химически чистые порошки металлов, так и соединения металлов с элементами среды. В частности, диспергирование металлов в воде является перспективным методом получения порошков оксидов и гидроксидов металла, а диспергирование в углерод-содержащих жидкостях приводит к большому процентному выходу соединений металла с углеродом. Используя различные способы очистки, можно добиваться высокого процента выхода чистого металлического порошка и в случае взаимодействия частиц материала со средой.
Схемы преобразователей для питания импульсных установок можно разделить на две группы: схемы, в которых импульсы тока формируются за счёт прерывания тока первичного источника питания и схемы с предварительным накоплением электрической энергии и импульсной её отдачи в нагрузку.
К первой группе относятся преобразователи, в которых в качестве переключающихся элементов используются магнитные усилители или тиристоры, как, например, в схемах, выполненных на основе одно - или многофазных управляемых выпрямителей. Трёхфазные тиристорные выпрямители отличает широкий диапазон регулирования параметров выходных импульсов, частота которых определяется частотой сети, в которую они включены.
Основными недостатками таких схем является реализация в нагрузке импульсных мощностей, не превышающих мощность питающей сети, и непосредственное включение нагрузки в цепи питающей сети. При необходимости широкодиапазонного регулирования амплитуды и частоты рабочих импульсов тока применяются схемы транзисторных генераторов с резистивными и индуктивными токоограничивающими элементами. Но коэффициент полезного действия таких схем и реализуемые мощности не велики.
В схемах преобразователей второй группы используются промежуточные накопители электроэнергии. Включение накопителей электроэнергии позволяет реализовать в нагрузке импульсные мощности, на несколько порядков превышающие мощность питающей сети. Кроме этого, если цепи заряда и разряда накопителя разобщены, то режим разряда на нагрузку практически не влияет на процессы передачи энергии от питающей сети в накопитель. В импульсной технике применяют электрохимические, электромеханические, индуктивные и ёмкостные накопители энергии [109, 110, 111].
Широкому распространению индуктивных накопителей препятствуют сложности длительного хранения и стабилизации энергии накопителя в ждущем режиме, трудности коммутаций токовых цепей и защиты от аварийных режимов, а так же большая масса и габариты, особенно, при использовании стального сердечника дросселя.
Наилучшие показатели по импульсной мощности и допустимому току короткого замыкания, отнесённые к объёму, массе и стоимости, имеют в настоящее время ёмкостные накопители энергии, которые наиболее широко применяют в источниках питания различных электроэрозионных установок [110].
Исследования особенностей питания для электроэрозионных установок, проведенные в институте электродинамики академии наук Украины (Шидлов-ский А.К., Щерба А.А), позволили создать на основе ёмкостных накопителей энергии высокоэффективные установки для диспергирования материалов и сплавов. Разработанный в ИЭД АН Украины источник питания установки электроэрозионного диспергирования собран по однофазной схеме с резонансным зарядом рабочего ёмкостного накопителя от источника постоянного напряжения. Источник питания состоит из двух основных функциональных узлов: силового блока и блока управления.
В состав силового блока входят: однофазный выпрямитель, преобразующей переменное напряжение 220В, 50 Гц в постоянное « 300В; опорная батарея конденсаторов, фильтрующих выпрямленное напряжение; зарядный тиристор-ный коммутатор, состоящий из двух последовательно включаемых тиристоров типа ТЧИ-100-9 подключающий заряженный рабочий накопитель к нагрузке и исключающий влияние режимов разряда на режимы потребления электроэнергии от питающей сети.
Для контроля за режимами работы силового блока предусмотрены: вольтметр постоянного напряжения, индицирующий величину напряжения на опорной батарее и вольтметр амплитудных значений, индуцирующий максимальное напряжение на рабочем накопителе.
Блок управления предназначен для выдачи сигналов управления тиристорами зарядного и разрядного коммутаторов, индикации рабочей частоты источника питания, оперативного изменения режимов в процессе работы и настройки. В состав блока управления входит: задающий генератор с цифровым индикатором, модуль управления с панелью управления, входные формирователи сигналов управления тиристорами и блок питания, обеспечивающий работу блока управления.
С панели управления можно отключать выдачу как всех импульсов управления, так и отдельно импульсов управления зарядами и разрядными тиристорами. Импульсы управления тиристорами посылают на выходные формирователи, которые формируют сигналы управления тиристорами соответствующей длительности и амплитуды, а также обеспечивают развязку между силовыми
Исследование микроструктуры сплава ВК8 и частиц этого сплава, полученных ЭЭД
Сравнивая физико-технологические свойства порошков, полученных из отходов твердых сплавов (гранулометрический, фазовый, химический состав, морфологию), было установлено, что порошки, полученные в дистиллированной воде из ВК8, обладают более ценными служебными свойствами, благодаря которым они могут найти широкое применение в промышленности в качестве наплавочных материалов.
Микроструктура частиц исследовалась с помощью оптического микроскопа МИМ-8 при увеличении в 2000 раз с имерсиониой жидкостью (кедровое масло n« = 1,52). Порошки смешивались с эпоксидной смолой и после затвердевания проводилась полировка образцов с использованием алмазных паст по стандартной методике. Травление поверхности сплавов и частиц в целях выявления графитовых включений и определения величины зерна наиболее твердой фазы WC проводилось на основе смеси соляной, серной и азотной кислот (92 мл. НС1, 3 мл. H2S04, 5 мл. HN03).
Сравнительные структуры исходного сплава ВК8 и частиц порошка, полученных ЭЭД, представлены рис.3.11
Структура частиц имеет микрокристаллическое строение (рис. 3.11) и более высокую микротвердость (табл. 3.5), чем исходный твердый сплав, что обусловлено спецификой получения быстрозакристаллизованного порошка-сплава с очень большим диапазоном скоростей охлаждения (от 102 до 1010 С/с). 1. Экспериментально установлено, что порошки, полученные методом ЭЭД отходов твердых сплавов марок ВК8 и Т15К6, обладают хорошей текучестью и имеют в основном сферическую и эллиптическую форму размером от 2 до 60 мкм. 2 Экспериментально установлено, что на кривую распределения частиц порошка, полученных электроэрозионным диспергированием, как ВК8, так и Т15К6, существенное влияние оказывает среда диспергирования. Порошок, полученный в керосине имеет распределение частиц сферической формы при среднем их размере 18 мкм близкое к нормальному. Кривая распределения частиц порошка, как ВК8, так и ТІ 5К6, полученного в воде имеет второй перегиб в районе 40 мкм. Характер изменения кривых распределения частиц порошка, полученных как из ВК8, так и из Т15К6, практически идентичен для различных рабочих сред (воды и керосина). 3. Химический анализ порошков показал, что их состав отличается от исходного состава сплава и существенное влияние на него оказывает среда диспергирования. Диспергирование порошков (ВК8, Т15К6) в воде сопровождается увеличением количества свободного углерода в порошке. Диспергирование порошков (ВК8, Т15К6) в керосине сопровождается увеличением количества общего углерода в порошке. Отмечена также потеря некоторого количества кобальта в порошках (ВК8, Т15К6), по сравнению с исходным составом, при диспергировании в воде. 4. Точечным микрорентгеноспектральным анализом установлено, что порошки, полученные ЭЭД отходов твердых сплавов как ВК8, так и Т15К6 на поверхности содержат большую часть кобальта, находящегося в их составе, поскольку он обладает меньшей температурой плавления, чем карбиды. 5. Экспериментально установлено, что на фазовый состав порошков, полученных ЭЭД отходов твердых сплавов как ВК8, так и Т15К6 существенное влияние оказывает жидкости. Диспергирование твердого сплава в углеродосо-держащей жидкости - керосине понижает потери углерода по сравнению с диспергированием в воде. Диспергирование сплавов ВК8 и Т15К6 в воде привело к сильному обезуглероживанию вплоть до фаз W и интерметаллида CoyWf,. 6. Установлено, что микротвердость порошков, полученных ЭЭД отходов твердых сплавов ВК8 и Т15К6 зависит от среды диспергирования, а также от исходного состава материала диспергирования.
За объект промышленного опробования технологии плазменно-порошковой наплавки с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов твердых сплавов, был принят коленчатый вал дизельного двигателя внутреннего (ДВС) сгорания СМД-18, устанавливаемый на трактора ДТ-75, комбайны «Нива» и другую сельхоз технику,(рис. 4.1).
Коленчатый вал это одна из наиболее ответственных, дорогостоящих, а также сложных в изготовлении и ремонте деталей [91, 103]. Причем стоимость нового вала в 4 - 6 раз выше стоимости восстановленного. Особенно ощутима эта разница для коленчатых валов ДВС автотракторной техники импортного производства, доля которых в общем объеме автотракторной техники нашей страны с каждым годом неуклонно возрастает [90]. Коленчатый вал является прецизионной (т.е. очень точной) деталью. В процессе эксплуатации испытывает износ в условиях знакопеременных нагрузок [91]. Основные требования к коленчатому валу современного двигателя ДВС: высокая твердость, износостойкость и точность всех поверхностей, сопрягаемых с другими деталями кривошиино-шатунного механизма; высокая усталостная прочность; уравновешенность.
Коленчатые валы могут иметь две - восемь коренных шеек и одну - восемь шатунных. Коленчатый вал состоит из колен (рис. 4.2), представляющих собой две щеки, соединенные шейкой. Коленчатые валы изготавливают с противовесами и без них. Количество и расположение шатунных шеек и противовесов определяется конструктивной схемой двигателя. Кривошипы валов располагаются под углом 180 или 120, реже 90. Заготовки коленчатых валов получают горячей штамповкой или литьем. Штампованные коленчатые валы изготавливают из углеродистых и легированных сталей (марок 40Х, 45, 45Х, 45Г2, 50, 50Г). Шейки стальных коленчатых валов упрочняют закалкой токами высокой частоты до твердости HRC 52 ... 62. Глубина поверхностно-закаленного слоя валов различных двигателей находится в пределах от 2,5 до 6,5 мм. Точность обработки поверхностей коленчатых валов характеризуется следующими данными: коренные и шатунные шейки обрабатываются по 5 или 6 квалитетам; овальность, конусообразность и седлообразность шеек не более 0,005...0,01 мм; шероховатость (Ra) поверхностей шеек 0,63 ... 0,080 мкм.
Характеристики выбранного оборудования для нанесения плазменных покрытий на коленчатые валы двигателей
Для плазменно-порошковой наплавки с вдуванием тонкого (мелкозернистого) порошка в дугу в институте электросварки Е.О. Патона разработана плазменная горелка комбинированного типа, снабженная тремя соплами: внутренним, наружным и защитным. Плазменная струя, выделенная из столба дуги, горит между неплавящимся электродом и внутренним соплом (рис. 4.2). Внутреннее сопло служит также для сжатия плазменной струи, выделенной из столба дуги. Между внутренним и наружными соплами имеется конический зазор, по которому подаваемый из питателя присадочный порошок вдувается транспортирующим (несущим) газом плазменную струю, выделенную из столба дуги. В струе порошок плавится, и уже в расплавленном состоянии наплавляемый Рис. 4.3. Установка для плазменно-порошковой наплавки: а) общий вид; б) принципиальная схема: 1 - дроссель; 2 - осциллятор; 3 - конденсатор; 4 - бал ластный реостат; 5 - источник питания плазменной струи, выделенной из стол ба дуги; 6 - источник питания плазменной струи, совмещенной со столбом ду ги; 7 - наплавляемое изделие; 8 - защитное сопло; 9 - защитный газ; 10 - наруж ное сопло; 11 - питатель для подачи порошка; 12 - внутреннее сопло головки; 13 - неплавящийся электрод; 14 - плазмообразующий газ; 15 -транспортирую щий газ Регулируя величину тока обеих плазменных струй, можно регулировать количество тепла, идущего на плавление порошка, нагрев и оплавление основного металла. Как видно из рис. 4.3. б, каждая дуга питается от отдельного источника, что позволяет управлять их горением независимо друг от друга.
В плазменной головке рассматриваемого типа предусмотрено три потока газа (рис. 4.3.): центральный поток плазмообразующего газа (аргон, расход которого составляет 1 — 2,5 л / мин); несущий поток газа, который подает присадочный порошок в головку и вдувает его в плазменную струю (аргон, гелий или их смесь, расход которых составляет 5 — Юл/ мин); поток защитного газа (аргон, гелий, азот, углекислый газ, расход которых составляет 10 — 15 л/ мин). Плазменная головка охлаждается проточной водой.
В установке применяется питатель барабанного типа для подачи присадочного порошка в головку, который при достаточной текучести порошка надежен и удобен в работе.
При постановке экспериментов по плазменно-порошковой наплавке коленчатых валов ДВС использовалась установка УД-209 на основе переделанного токарного станка для наплавки, выпрямитель сварочный ВДУ-506. В качестве плазмообразующего, транспортирующего и защитного газа использовался аргон по ГОСТ 10157 - 79. Плазменная головка охлаждалась магистральной водой по ГОСТ 2844 - 82.
При промышленном опробовании твердосплавных порошков использовалась технология плазменной твердосплавной порошковой наплавки для шеек коленчатых валов СМД - 18, вышедших из последних ремонтных размеров, представленная в табл.4.1 - 4.3. В качестве порошкового наплавочного материала использовалась промышленная смесь композиции порошков производства Тульского завода «Полема» (7 объемов ПЖ Н4Д2М + 2 объема ПР Х11Н11ГЮСР + 1 объем ПР Г4СР), изготовленных по ТУ 14-22-26-90 с различной массовой долей порошков, полученных ЭЭД отходов твердых сплавов ВК8 и Т15К6, полученных в дистиллированной воде и керосине.
На изношенные шейки коленчатого вала, подлежащие восстановлению методом плазменно-порошковой наплавки, накладывается ряд требований: 1.Коленчатые валы с кольцевыми трещинами, продольными трещинами в виде волосовин, трещинами выходящими на галтели подлежат выбраковке. 2. На восстановление плазменной наплавкой принимаются валы с биением по средней шейке не более 0,5 мм. 3. Повторное восстановление плазменной наплавкой допускается после шлифовки до основного материала. 4. Не допускается наличия трещин на поверхностях восстановленного вала.
