Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Характеристика износа деталей транспортных и технологических машин 10
1.2.Характер износа бронзовых втулок 12
1.3. Существующие способы восстановления бронзовых втулок 14
1.4. Порошковые сплавы для ЭКН 26
1.5. Установка для напекания порошковых сплавов 28
1.6. Цель и задачи исследования 28
2. Теоретическое обоснование возможности применения порошков из цветных материалов при электроконтактном напекании 30
3. Общая методика исследований 36
3.1. Структура исследований 36
3.2. Выбор деталей для проведения экспериментов 36
3.3. Выбор порошковых материалов из цветных сплавов 38
3.4. Выбор флюса 39
3.5. Выбор оборудования 40
3.6. Вспомогательное оборудование для экспериментов 41
3.7. Обеспечение основных параметров процесса ЭКН и их контроль 44
3.8. Исследование физико-механических свойств напеченного покрытия 48
3.8.1. Определение поверхностной твердости 48
3.8.2. Определение твердости по высоте напеченного слоя 48
3.8.3. Определение прочности сцепления напеченного слоя с поверхностью образца 48
3.8.4. Определение плотности напеченного слоя 51
3.8.5. Определение пористости напеченного слоя 52
3.8.6. Определение износостойкости напеченного слоя 53
3.8.7. Микроструктурные исследования 57
4. Построение математической модели объекта исследования 58
5. Определение основных технологических параметров процесса ЭКН 65
5.1. Выбор флюса 65
5.2. Определение поверхностной твердости 71
5.3. Определение твердости по высоте напеченного слоя 74
5.4. Определение величины сцепляемости напеченного слоя с
напекаемой поверхностью 75
5.4.1. Выбор температуры напекания 75
5.4.2. Влияние шероховатости поверхности образцов перед напеканием 81
5.4.3. Влияние высоты напекаемого слоя на сцепляемость 84
5.4.4. Влияние времени напекания на сцепляемость 85
5.5. Определение плотности напекаемого слоя 86
5.6. Определение пористости напекаемого слоя 90
5.7. Определение износостойкости напеченного слоя 95
5.7.1. Триботехнические исследование 95
6. Экономический расчет эффектршности ремонта изношенной детали на специализированном участке ремонтной мастерской технологические рекомендации 102
Производству 118
Общие выводы 121
Список литературы
- Характеристика износа деталей транспортных и технологических машин
- Выбор деталей для проведения экспериментов
- Вспомогательное оборудование для экспериментов
- Определение поверхностной твердости
Введение к работе
Известно, что восстановление изношенных деталей значительно сокращает количество технологических операций и затраты времени на их проведение по сравнению с изготовлением новых деталей и существенно уменьшает расход применяемых материалов. Все это приводит к снижению себестоимости отремонтированных деталей по сравнению с новыми запасными деталями.
Большинство деталей машин выходят из строя из-за износа сопрягаемых поверхностей. Поэтому при разработке ремонтных технологий стремятся к повышению износостойкости восстанавливаемых поверхностей по сравнению с новой деталью.
За последние 20 лет в технологиях ремонтного производства используются металлические порошки различных композиций. Они успешно применяются при плазменной, газопорошковой наплавке, электродуговой наплавке, наплавке ленточными порошковыми электродами и т.д. Наряду с наплавочными технологиями, существуют процессы восстановления изношенных деталей при спекании или напекании порошков (электроконтактные процессы), а также термодиффузионные и другие процессы.
Имеется достаточно большое количество работ, в которых рассмотрены технологические процессы восстановления изношенных деталей. В исследованиях ведущих ученых, занимающихся ресурсосберегающими технологиями: Ачкасова К.А., Батищева А.Н., Воловика Е.Л., Литовченко Н.Н., Орлов Б.Н., Поляченко А.В., Пучина Е.А., Шнырев А.П., Потапов Г.К., Ерохина М.Н., Згирского И.И., Лялякина В.П., Луневского И.Н., Семенова Е.И., Стрельникова В.В., Степанова В.А., Таратуты А.И., Тельнова Н.Ф., Черновола М.И., Черно-иванова В.И. и др. даются основополагающие теоретические разработки ре-
монтного производства, применение которых способствует значительному снижению себестоимости восстановления машин, сокращению запасных частей.
За последние 10 лет были предложены технологии восстановления деталей с применением металлических порошков. Однако все они связаны с разработкой технологий с использованием железосодержащих порошков для восстановления стальных деталей.
Одной из особенностей конструкций мелиоративных машин является применение в их конструкциях достаточно большого количества деталей из цветных металлов и сплавов, так как они обладают высокими антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, выдерживают значительные удельные нагрузки и высокие скоростные режимы. Чаще всего конструкции деталей из этих материалов представляют собой бронзовые подшипники скольжения типа втулок. Например, в экскаваторе-дреноукладчике ЭТЦ — 406А используется 40 бронзовых втулок, которые устанавливаются в различных узлах от ходовой тележки до главного гидронасоса.
Среди известных ремонтных технологий восстановления бронзовых деталей практически нет технологий с использованием металлических порошков из цветных металлов, особенно с применением электрических процессов. Использование электрической энергии в ремонтной технологии достаточно широко. Но предпочтение, за последние годы, отдается технологиям, связанным с электроконтактным напеканием (ЭКН) металлических порошков, так как особенностью процесса напекания является то, что физико-механические свойства порошков в нанесенном покрытии сохраняются практически без изменения. До настоящего времени отсутствует информация об использовании металлических порошков из цветных металлов и сплавов при их электроконтактном напекании для ремонтных технологий восстановления изношенных поверхностей бронзовых деталей.
7 Цель исследования. Разработка технологического процесса восстановления изношенных поверхностей бронзовых деталей типа «втулка» с применением порошков из цветных сплавов методом электроконтактного напекания. Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснована возможность восстановления бронзовых деталей типа «втулка» электроконтактным напека-нием (ЭКН) порошков из цветных сплавов.
Впервые разработаны технологические решения, положенные в основу способа восстановления бронзовых деталей электроконтактным напеканием порошков из цветных сплавов.
Разработана шихта из порошков цветных сплавов и предложены основные технологические параметры ее напекания на изношенные поверхности процессом ЭКН.
Реализация результатов. Даны практические рекомендации и режимы технологического процесса применения ЭКН для восстановления бронзовых деталей порошками из цветных сплавов.
Результаты исследования были внедрены в ОАО «Апастовское ПМК-
Мелиорация РТ»
Практическая ценность. В теоретическом и экспериментальном обосновании возможности применения процесса ЭКН при напекании порошков из цветных сплавов для восстановления бронзовых деталей типа «втулка»
В разработке и внедрении технологии восстановления бронзовых деталей способом ЭКН, ориентированной на реальные условия эксплуатации машин, применяемых в сельскохозяйственном комплексе.
Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены и одобрены на: научных конференциях профессорско-преподавательского состава МГУП (2000...2003г.); заседаниях кафедры: «Технология металлов и ремонта машин» МГУП (2000...2003г.); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы вузовской агроин-женерной науки» МГАУ имени В.П. Горячкина (2005г.).
Положительные результаты внедрения позволили сделать вывод, что предлагаемая технология восстановления бронзовых деталей электроконтактным напеканием с использованием порошков из цветных сплавов имеет преимущество в реальных условиях её использования.
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано пять печатных работ:
Доклад и обсуждение на Всероссийской научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов МГУП (22-24 апреля 2003г.).
Доклад и обсуждение на Всероссийской научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов МГУП 2004г.
3. Бирюков В.В. Исследования плотности напекаемого слоя порошка марки
Бр. ОЦС5-5-5. на образец из бронзы той же марки при электроконтактном
напекании. Депонированная работа. Журнал « Техника и технология »
№1(1) 2004 г.-1с.
Бирюков В.В. Исследования пористости напекаемого слоя порошка марки Бр. ОЦС5-5-5. на образец из бронзы той же марки при электроконтактном напекании. Депонированная работа. Журнал « Естественные и технически науки » №1(10) 2004 г. -1с.
Бирюков В.В. Исследования влияния флюсов при электроконтактном напекании порошка марки Бр. ОЦС5-5-5. на образец из бронзы той же марки. Депонированная работа. Журнал « Аспирант и соискатель » №1(20) 2004 г. -1с.
Бирюков В.В Казимирчук А.Ф. Температурные деформации станка, заготовки, инструмента при шлифовании. Материалы научно-технической конференции. МГУП, 2003г.-1 с.
Бирюков В.В Исследования поверхностной твердости при электроконтактном напекании порошка марки Бр. ОЦС5-5-5. на образец из бронзы
9 той же марки Депонированная работа. Журнал «Аспирант и соискатель » №1(20) 2004 г.-1с
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, списка литературы. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, включая 42 рисунка, 17 таблиц, библиографию из 148 наименований, приложения на 2 страницах.
Характеристика износа деталей транспортных и технологических машин
Детали машин, в процессе эксплуатации подвергаются различным видам изнашивания (рис. 1.1). Проведенный анализ по литературным источникам (1,53, 55, 64, 94, 95, 108, 114) позволяет разделить их на 3 группы изнашивания (ГОСТ 27674-88): - механическое - коррозионно-механическое - изнашивание при действии электрического тока
Абразивное изнашивание - одно из наиболее распространенных видов изнашивания деталей мелиоративных и строительных машин. Это объясняется тем, что в мелиоративном строительстве большой удельный вес занимают земляные работы, которые значительно повышают запыленность воздуха. При работе деталей в абразивной массе на скорость изнашивания влияют абразивные свойства грунтов (содержание в них кварцевых и других абразивных частиц и степень их закрепления) и физико-механические свойства материалов. Пыль, содержащая в своем составе 50-95% кварца, проникает в двигатель и другие сборочные единицы и вызывает интенсивное изнашивание деталей. Например, износ цилиндров от проникновения пыли в двигатели составляет в средней полосе до 78%.
Интенсивному абразивному изнашиванию подвергаются детали поворотного и ходового оборудования, а также опорно-поворотного устройства одноковшовых экскаваторов, ходовой системы бульдозеров и других машин в результате плохой их защищенности от свободного попадания грунта на рабочие поверхности деталей. Особенно изнашиваются детали рабочих органов экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров и других землеройных машин, работающих непосредственно в грунте.
Бронзовые подшипниковые втулки, как было отмечено выше, находят широкое применение в мелиоративных машинах: экскаватор-дреноукладчик ЭТЦ - 406А, ЭТЦ-201, ЭТР-206А и др. Основные марки бронз, применяемые в этих машинах, с указанием их механических характеристик, приведены в таблице 1.1
В конструктивном исполнении бронзовые подшипниковые втулки это, как правило цилиндрические втулки с гладкими наружными и внутренними поверхностями и с внутренним диаметром от 20 до 250 мм.
Существующие технологии по восстановлению изношенных бронзовых втулок подразделяют их на втулки с большим износом - с износом более 1,0 мм на диаметр, на втулки со средними величинами износа - до 1,0 мм и с малыми износами, имеющие износ до 0,1 мм. Среднее значение износа бронзовых подшипниковых втулок опорных катков ходовых тележек мелиоративных машин составляет 1,8...2,0 мм.
По техническим условиям изношенные втулки выбраковываются и подлежат восстановлению при следующих дефектах: 1) деформация, 2) предельные линейные износы по внутренней и наружной поверхностям, 3) снижение прочности посадки (натяга втулки в сопряжении).
В настоящее время предлагаются различные методы восстановления изношенных бронзовых деталей, из которых наиболее работоспособными и экономически выгодными являются: 1) метод пластической деформации, 2) гальванический метод, 3) электроискровая наплавка, 4) метод заливки изношенной поверхности втулки жидким металлом, 5) термодиффузионная металлизация.
Пластическую деформацию втулок выполняют как в холодном, так и в горячем состоянии (10,17,47,97). Основными видами пластической деформации являются осадка и обжатие. Осадка применяется для уменьшения внутреннего и увеличения наружного диаметра втулки за счёт уменьшения её длинны.
Для сопряжений, воспринимающих значительные удельные нагрузки, уменьшение длины втулок допускается не более чем до 8 % , для менее нагруженных втулок - до15% от их первоначальной длины. Так как с уменьшением длины осаживаемой втулки за счет сокращения площади её рабочей поверхности увеличивается давление сопрягаемого вала на втулку, то это вызывает повышенный износ и сокращение ресурса втулки, восстановленной таким методом. Поэтому рекомендуется восстанавливать с применением пластической деформации бронзовые втулки с внутренним диаметром до 60 мм и величиной износа до 0,2 мм.
Нанесение антифрикционных сплавов гальваническим методом (10,17,47) позволяет восстанавливать бронзовые подшипниковые втулки, имеющие незначительный износ - до 0,1 мм на диаметр. Существуют технологические процессы по осаждению гальванических сплавов: медь - свинец, медь — олово, медь — олово - цинк, медь — кадмий (116,137).
Выбор деталей для проведения экспериментов
1. Выбор деталей из цветных материалов, применяемых в мелиоративных машинах, для проведения экспериментов и разработки практической ремонтной технологии.
2. Выбор порошковых материалов из цветных сплавов для восстановления изношенных поверхностей деталей из цветных материалов.
3. Разработка экспериментальной технологии восстановления изношенных деталей из цветных сплавов металлическими порошками из цветных материалов методом электроконтактного напекания
4. Исследование физико-механических свойств покрытий при различных режимах напекания.
5. Разработка практической ремонтной технологии для восстановления деталей из цветных материалов, применяемых в конструкциях мелиоративных машин.
6. Технико-экономическая оценка эффективности предлагаемой ремонтной технологии.
Как было отмечено в главе 1, в мелиоративных машинах детали из цветных материалов чаще всего представляют бронзовые подшипники скольжения типа «втулка».
Для окончательных экспериментов и разработки практической ремонтной технологии восстановления изношенных бронзовых деталей напеканием металлических порошков методом ЭКН были выбраны бронзовые подшипники скольжения типа «втулка» опорных катков экскаватора-дреноукладчика ЭТЦ-406А. (рис.3.1).
Максимальный износ втулок экскаватора ЭТЦ - 406А до 1,8 мм. Для проведения экспериментов по определению различных режимов напекания и других параметров процесса ЭКН были использованы образцы, форма и размеры которых представлены на рис. 3. Образцы изготавливались на токарном станке при режимах резания: t =
1мм; S = 0,12 мм/об; П = 630 об/мин, охлаждение - эмульсия. Шероховатость поверхностей, на которые напекались порошки, имели разное значение, а их конкретные величины приведены в частной методике.
Как было отмечено в главе 1 и таблице 1.2 существует достаточно большая гамма порошковых материалов из цветных сплавов. Однако, как показали предварительные эксперименты, спекание из разнородных материалов - материала изношенной детали и материала порошка - приводили к нестабильности результатов по сцепляемости в процессе электроконтактного напекания. В принципе, как показывают теоретические расчеты, спекание разнородных материалов возможно, но для решения этой задачи необходимо было разработать довольно сложную оснастку, которая создавала бы постоянное температурное поле в зоне напекания порошка на изношенную поверхность детали и тщательно регулировать режимы напекания в процессе ЭКН. При напекании однородных материалов основы (изношенной детали) и порошка эти трудности снимались. Поэтому для процесса ЭКН и дальнейших исследований напекаемых покрытий был взят порошок, соответствующий марке материала основы-детали.
Наиболее распространенной маркой бронзы, из которой изготавливают подшипники скольжения типа «втулка», применяемые в конструкциях мелиоративных машин, является бронза ОЦС5-5-5. При выборе класса крупности металлических порошков в соответствии с классами крупности (табл. 1.1) проводились предварительные эксперименты по определению плотности и сцепляемости 3-х классов крупности порошков - 2-го, 4-го и 7-го. Наиболее оптимальные результаты получались при напекании порошков 4-го класса крупности с размером частиц менее 45 мкм. Поэтому, в дальнейших экспериментах использовались порошки 4-го класса крупности.
Анализ литературных данных по технологии получения биметаллических покрытий из цветных сплавов показывает, что на качество поверхностного слоя заметное влияние оказывает применение флюсов. Как известно, флюсом называют неметаллическое вещество, предназначенное для удаления оксидной пленки с поверхности металла. На поверхности порошка сплавов системы Си -Zn - Sn образуются оксиды на основе СиО и СигО со сравнительно невысокой свободной энергией их образования, поэтому применение флюса повышает спекание частиц порошка между собой и увеличивает адгезию порошка с поверхностью восстанавливаемой детали. Активность флюса, т.е. его способность флюсовать, зависит от его состава.
Для определения оптимального состава флюса при электроконтактном напекании порошка марки ОЦС5-5-5 были выбраны следующие флюсы: флюс № 1 состав: - цинк хлористый - 65%, калий хлористый — 14%, натрий хлористый - 11%, аммоний хлористый - 10%; флюс № 2 состав: - бура прокаленная - 75%, кальций фтористый - 10%, натрий фтористый- 15%. флюс № 3 состав: - цинк хлористый - 20%, аммоний хлористый - 5%, вазелин - 74%, вода - 1%;
Хлористые соли (флюс № 1) были выбраны потому, что они являются сильными активаторами флюсов. При взаимодействии хлорида аммония с оксидами меди образуется хлорид меди, аммиак и вода. Аммиак диссоциирует при нагреве на N2 и ЗН2, и получаемый при этом водород служит защитной средой от окисления частиц порошка. При взаимодействии хлорида меди с хлоридом аммония образуются растворимые соли, плавящиеся при температуре 140 С.
В результате разложения хлорида цинка образуются пары хлористого водорода, которые, воздействуя на оксиды частиц порошка, переводят их в более растворимые хлориды. Смеси хлорида цинка с хлоридом аммония обладают большей активностью, чем каждый из них в отдельности. Выбор флюса № 2 обосновывался тем, что при плавлении буры она разлагается на натрийметаборат и борный ангидрид: Na2B407 - 2NaB02+ В203.
Основное свойство В20з как компонента флюса в том, что он образует с оксидами меди и цинка сравнительно легкоплавкие бораты, метабораты и другие сложные соединения. Бораты имеют хорошие раскисляющие и защитные свойства от окисления. Так как они имеют относительно высокую вязкость в расплавленном состоянии, поэтому во флюс добавляют фторидные соли. Фториды более жидкотекучи и имеют более высокие раскисляющие (флюсующие) свойства.
На выбор флюса № 3 повлияло то, что данный флюс приготавливается в виде пасты (флюсы № 1 и № 2 находились в порошкообразном состоянии) и при его перемешивании с порошком предполагалось, что практически каждая частица порошка будет покрыта данным флюсом и это должно способствовать лучшему раскислению окисных пленок на поверхности частицы.
Вспомогательное оборудование для экспериментов
В исследование физико-механических свойств напеченного покрытия входило: - определение поверхностной твердости, - определение твердости по высоте напеченного слоя, - определение прочности сцепления напеченного слоя с поверхностью образца, - определение плотности напеченного слоя, - определение пористости напеченного слоя, - определение остаточных напряжений, - определение износостойкости напеченного слоя.
Поверхностная твердость напеченного слоя определялась в соответствии с ГОСТ 9012 и 9013 по методу Роквелла путем вдавливания шарикового инден-тора при нагрузке 0,1 кН. Перед измерением твердости поверхность напеченного слоя обрабатывалась на токарном станке для получения шероховатости Ra в интервале 6...12 мкм, что соответствовало величине шероховатости рабочих поверхностей втулок, применяемых в конструкциях мелиоративных машин.
В связи с достаточно большой площадью напеченного поверхностного слоя количество измерений на исследуемой поверхности было как минимум 6 измерений. Окончательная величина поверхностной твердости напеченного слоя определялась как среднее арифметическое.
При определении твердости по высоте напеченного слоя образцы послойно обтачивались на токарном станке с толщиной первого дефектного слоя 0,2 мм, а затем по 0,5 мм. Перед снятием очередного слоя производилось измерение твердости по методу, указанному в п. 3.7.1. Обтачивание напеченного слоя производилось до тех пор, пока толщина слоя оказывалась в пределах 0,4...0,5 мм.
Прочность сцепления покрытия из металлических порошков с изношенной поверхностью восстанавливаемой детали является одним из важнейших показателей качества ее восстановления. В большинстве методов определения прочности сцепления (42, 43) определяют прочность покрытия на отрыв в наиболее слабом его сечении (метод Олларда).
Но, как известно, такая схема разрушения покрытия встречается очень редко. Разрушение покрытия чаще всего происходит под действием касательных напряжений по плоскостям скольжения. Поэтому для определения прочности сцепления металлических порошков при электроконтактном напекании был принят метод разрушения покрытия касательными напряжениями путем среза покрытия с основы. Схема установки показана на (рис 3.6). где Р - приложенное усилие для разрушения покрытия (кН); F - площадь напеченного слоя, мм2.
Оценка сцепляемости напеченных порошков с поверхностью образцов, в зависимости от различных режимов процесса напекания, осуществлялась как конкретными значениями касательных напряжений, так и коэффициентом сцепляемости Кт, который определялся из выражения: Кт= Т /Тэт і где: т,- - текущие значения величин касательных напряжений, полученных в результате экспериментов, т эт - эталонное значение касательного напряжения. В качестве эталонного касательного напряжения было принято его значение при разрушении срезом материала образца. Величина касательных напряжений при разрушении материала образца была 110... 120 кН/мм .
Изучалось изменение сцепляемости от следующих режимов напекания: - температуры, - шероховатости изношенной поверхности бронзовой втулки, - высоты напекаемого слоя, - времени напекания. Плотность - одна из основных характеристик эксплуатационных свойств покрытия. Малая плотность покрытий приводит к значительному снижению прочности, эластичности и других свойств покрытия.
Плотность слоя из порошковых материалов, полученного при процессе электроконтактного напекания, зависит от параметров режима спекания. Как известно, плотность напеченного слоя есть отношение массы покрытия к его объему:
Массу покрытия можно легко определить с достаточной точностью, зная массу образца до напекания слоя и массу образца с напеченным слоем: шсл = М1-М2 , где: Mj — масса образца с напеченным слоем, г Мг — масса образца до напекания слоя, г
Объем напеченного слоя определялся как разность объема полого цилиндрического образца с напеченным слоем и объема полого цилиндрического образца до напекания порошка.
При экспериментах изучались влияние на плотность напеченного слоя следующих параметров напекания: - температуры напекания, - давлений электродов на спекаемый порошок, - времени напекания.
Критерием оценки плотности напеченного слоя являлись получаемые величины плотности и относительная плотность. За исходную (эталонную) плотность принята плотность литейной бронзы ОЦС5-5-5, которая равнялась 8,83 г/см3.
Определение поверхностной твердости
Для определения поверхностной твердости напеченного слоя на образцы напекался порошок высотой слоя от 1 до 4-х мм при температуре 650...670С, давлением электродов 13 МПа и временем напекания 30...40 с. Напекание порошка производилось на наружную поверхность образцов. Далее образцы обтачивались на токарном станке с частотой вращения П = 630 об/мин., подачей 0,07 мм/об и глубиной резания t = 0,25 мм при обильном охлаждении для снятия влияния температурных напряжений, возникающих в процессе точения. Для измерения твердости образцы устанавливались на призму. Так как высота образцов составляла 20 мм, то на образующей образца производилось 6 замеров на равном расстоянии друг от друга. Результаты экспериментов представлены на (рис. 5.5)
Если выразить полученные значения твердости напеченных слоев через относительный коэффициент изменения твердости Ктв (рис. 5.6), который представляет собой отношение значения твердости напеченного слоя к значениям твердости материала образца, а твердость материала образца бронзы ОЦС5-5-5 составляла 60...62 HRB, то можно сделать следующие выводы:
1) поверхностная твердость напеченных слоев повышается по сравнению с материалом образцов на 20...33% при выбранных режимах напекания для слоев высотой 2...3 мм;
2) снижение твердости при малых значениях напекаемого слоя (менее 1 мм) вызвано тем, что индентор прибора продавливает напеченный слой и попадает в зону оловянно-свинцовисто-цинковой прослойки порошка с материалом образцов. Это видно на макрошлифе (рис. 5.7), где отпечаток индентора в зоне порошок-поверхность образца значительно меньше отпечатка на материале образца и напеченного слоя.
3) снижение же поверхностной твердости напеченных слоев с большой высотой (h 3 мм) объясняется недостаточной спекаемостью частиц порошка в поверхностном слое. При напекании слоя высотой h=2 мм. поверхностная твердость, определяемая после послойного удаления напеченного порошка, составила в пределах 80 HRB. При напекании исходного слоя h-З.О мм. и h=4.0 мм. характер изменения послойной поверхностной твердости аналогичен напеченному слою h-2.0 мм. Незначительное снижение поверхностной твердости при различных значениях высоты напеченного слоя порядка 4...7% можно объяснить, очевидно, неполным спеканием и пропеканием частиц порошка между собой.
В связи с влиянием на твердость поверхностного слоя процесса спекаемо-сти частиц порошка, представляло большой интерес исследование распределения твердости по глубине напекаемого слоя. Для изучения этого вопроса были получены образцы с высотой напеченного слоя 2, 3 и 4 мм при указанных выше режимах напекания. Далее, с поверхности образцов снимался первый слой толщиной 0,2 мм, для устранения дефектного поверхностного слоя и вдоль образующей образца производилось измерение твердости. Затем с образцов снимали слой толщиной 0,5 мм и производили измерения твердости. Эта операция повторялась до тех пор, пока при последнем точении высота напеченного слоя составляла 0,4...0,5 мм. Изменение твердости по глубине напеченного слоя представлены на (рис. 5.8).
Решение уравнений, представленных в формулах, показывает, что при напека-нии порошка марки ОЦС5-5-5 методом электроконтактного напекания с применением графитовых аккумуляторов теплоты оптимальная температура должна составлять более 600С. С целью проверки адекватности полученной формулы с практикой процесса ЭКН, были проведены исследования по влиянию раз личной температуры напекания порошка с учетом различной высоты напекаемого слоя h и времени напекания t на сцепляемость напеченного слоя с поверхностью детали-образца. Контроль температуры в зоне напекания порошка к поверхности образцов осуществлялся по схеме, приведенной на (рис.3.4). Известно, что при стыковой сварке сопротивлением теплота, выделяемая на единицу высоты напекаемого слоя, которая расходуется на нагрев порошка и образца до заданной температуры Т, можно определить из выражения: Q = PTI2CBT/F (1) где рт— среднее удельное сопротивление порошка + материал образца, Ом/м F - площадь напекаемой поверхности образца, мм , С другой стороны количество теплоты Q можно определить из выражения: Q = (с G Т) / h (2) где с - удельная теплоемкость частиц порошка и материала образца, Дж/кг С, G — насыпная масса порошка для получения заданной высоты напеченного слоя, кг, h - высота напеченного слоя, мм Решая совместно уравнения 1 и 2, температура нагрева в зоне контакта порошка с поверхностью образца будет определяться как: T = hpTI2cBT/(FcG) Исследуемая температура напекания порошка была выбрана в интервале 450...800 С. Величина граничных значений температуры напекания выбиралась из следующих условий:
