новая папка 1 / 673463
.pdf780
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Оборудование и процессы машиностроительных производств»
П.Н. КЛЕВЦОВ, В.В. НЕВЕРОВ, С.В. ЛЕБЕДЕВ
Основы восстановления и упрочнения деталей машин
сварочными методами
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам
Липецк Липецкий государственный технический университет
2017
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Оборудование и процессы машиностроительных производств»
П.Н. КЛЕВЦОВ, В.В. НЕВЕРОВ, С.В. ЛЕБЕДЕВ
Основы восстановления и упрочнения деталей машин
сварочными методами
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам
Липецк Липецкий государственный технический университет
2017
УДК 621.791.
К48
Рецензент – канд. техн. наук Бабанов А.А.
К48 Клевцов, П.Н. Основы восстановления и упрочнения деталей машин сварочными методами: методические указания к лабораторным работам /
П.Н. Клевцов, В.В. Неверов, С.В. Лебедев. – Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2017. – 11 с.
В методических указаниях дано описание проведения лабораторных работ по изучению влияния технологических параметров процессов восстановления на свойства наплавленного и напыляемого металла. Предназначены для магистров 1 курса направления 15.04.01 «Машиностроение» профиля
«Теоретические основы процессов сварки».
©ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет», 2017
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
1. Цель лабораторных работ:
углубление и закрепление теоретических и технологических знаний по дисциплине «Основы восстановления и упрочнения деталей машин сварочными методами», изучение влияния технологических параметров процессов восстановления на свойства наплавленного и напыленного металла,
приобретение практических навыков нанесения защитных и упрочняющих покрытий.
2. Основные этапы лабораторных работ:
-исследование зависимости твердости наплавленного металла от количества наплавленных слоев;
-исследование зависимости прочности сцепления покрытия с основой от качества подготовки поверхности основы при газопламенном напылении;
-составление технического отчета.
3. Основные задачи при проведении лабораторных работ:
-приобретение навыков самостоятельной работы по подготовке материалов к восстановлению методами наплавки и напыления;
-приобретение навыков самостоятельной работы по проведению наплавки и напыления износостойких покрытий.
4. Требования к отчету:
- отчет должен быть написан студентом аккуратно, технически грамотно,
без сокращений слов, по возможности кратко и ясно;
-запись ведется на одной стороне листа, вторая оставляется для замечаний преподавателя и внесения в соответствии с ними исправлений и дополнений текста и рисунков;
-отчет должен содержать номер и название лабораторной работы,
формулировку цели работы, описание порядка проведения работ с указанием
материалов и приведением эскизов приборов, оборудования, выводы по работе.
3
5. Порядок проведения лабораторных работ:
-лабораторные работы проводятся отдельно с каждой группой студентов
втечение 4 часов;
-перед началом занятий преподаватель проверяет теоретическую подготовленность студентов к данной работе;
-обязательным условием допуска студента к выполнению очередной лабораторной работы является представление отчета по выполненной лабораторной работе на предыдущем занятии;
-студенты, не допущенные к занятиям, остаются в лаборатории и готовятся к выполнению работы или оформляют отчет по предыдущему занятию.
6. Техника безопасности:
-необходимо строго выполнять правила и указания типовой инструкции по технике безопасности лаборатории сварки и указания типовой инструкции по технике безопасности при работе с установками газопламенного напыления
исварочными источниками питания;
-особую осторожность следует проявлять при работе с приборами и оборудованием в зоне движущихся частей, при работе с оборудованием при наплавке и напылении материалов;
-технологические испытания при проведении работ выполнять строго в соответствии с методикой и типовыми правилами техники безопасности.
Инструктаж студентов по технике безопасности при выполнении лабораторных работ проводится преподавателем и лаборантом, которые проводят занятия, затем делается запись в журнале по технике безопасности в лаборатории с персональной подписью преподавателя, лаборанта и студентов.
4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Исследование зависимости твердости наплавленного металла от количества наплавленных слоев
Работа рассчитана на 4 часа.
1. Общая информация
Металл шва всегда представляет собой сплав наплавленного и основного металла.
Под наплавленным понимают закристаллизовавшийся после расплавления от действия высоких температур металл электродного стержня и металлических добавок в электродном покрытии.
При однопроходной наплавке состав наплавленного слоя определяется как результат перемешивания расплавленных присадочного и основного металлов.
В случае восстановления и упрочнения изношенной поверхности с использованием высокоуглеродистых и высоколегированных наплавочных материалов подобное перемешивание имеет негативное последствие, так как не позволяет достичь механических характеристик, свойственных наплавочному материалу. В связи с этим, для уменьшения влияния основного металла на свойства наплавленного и получения заданных свойств восстановленной поверхности прибегают к различным приемам, одним из которых является многослойная наплавка. Установлено, что влияние основного металла в наплавленном перестает сказываться, начиная с третьего слоя.
Лабораторная работа направлена на определение влияния количества наплавленных слоев на механические свойства (твердость) наплавленного металла.
Работа выполняется с использованием пластин из низкоуглеродистой стали и наплавочных электродов марки ОЗИ-3 (90Х4М4ВФ) диаметром 5 мм.
Данные электроды обеспечивают максимальную твердость наплавленного слоя
– 45 единиц HRC. В качестве сварочного оборудования используется пост
5
ручной дуговой сварки, в качестве измерительного оборудования – прибор для
определения твердости металлов и сплавов по методу Роквелла.
2.Порядок выполнения работы
1.Подготовить под наплавку три пластины размером 100×100×8 из низкоуглеродистой стали.
2.Наплавить износостойкий материал, используя электроды марки ОЗИ-3, на первую пластину в один слой, на вторую пластину – в два слоя, на третью – в три слоя. Для уменьшения влияния основного металла на свойства наплавленного металла, перед наплавкой каждого последующего слоя пластины необходимо охлаждать до комнатной температуры.
3.Заточить наплавленные валики до получения плоской, гладкой поверхности и замерить твердость наплавки в 7-8 точках.
4.Результаты замеров занести в таблицу 1.
|
|
|
Таблица 1 |
|
Твердость наплавленного металла |
|
|
|
|
|
|
№ |
Номер пластины (номер слоя наплавленного металла) |
||
замера п/п |
1 |
2 |
3 |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
… |
|
|
|
8 |
|
|
|
3.Обработка результатов
1.Методом математической статистики определить истинное значение
твердости наплавленного металла HRCj следующим образом:
|
HRC j X срj X j , |
где X срj |
среднее значение твердости для каждого слоя; |
X j |
доверительный интервал твердости для каждого слоя. |
Для этого:
1) Определить среднее значение твердости для каждого слоя:
6
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
X ij |
|
|
X |
срj |
|
1 |
, |
|
n |
|||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
где Xij значение твердости для i-го замера в j-м слое;
n– число замеров твердости.
2)Определить среднее квадратичное отклонение значения твердости для каждого слоя:
|
|
|
|
|
S j |
( X ij |
X срj |
)2 |
|
|
n |
. |
||
|
|
|
|
3) Определить значение доверительного интервала твердости для каждого слоя:
X j S j t табл,
где t n1 – табличное значение коэффициента Стьюдента в зависимости от уровня значимости α и числа степеней свободы (n-1).
Для облегчения и наглядности проведения расчетов данные заносить во вспомогательную таблицу 2.
Таблица 2
Вспомогательная таблица для определения истинного значения твердости
|
Значения твердости Х |
ij |
Разница Х -Х |
срj |
Значения (Х -Х |
)2 |
|||||||||
№ |
|
|
|
|
|
|
ij |
|
|
ij |
срj |
||||
|
по слоям |
|
|
|
по слоям |
|
|
по слоям |
|
||||||
замера |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1 |
|
2 |
3 |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее |
* |
|
* |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммарное значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
* |
|
* |
(Хij-Хсрj)2 по слоям |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Звездочками отмечены ячейки таблицы, в которых проставляются среднее
и суммарное значения.
7
По результатам проведенных опытов и последующих расчетов построить график зависимости твердости от количества наплавленных слоев HRC = f(n).
4. Содержание отчета
Отчет должен содержать описание методики проведения опытов и их результаты в виде заполненных таблиц и графика, выводы и объяснения полученных результатов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Исследование зависимости прочности сцепления покрытия с основой от качества подготовки поверхности основы
при газопламенном напылении
Работа рассчитана на 4 часа.
1. Общая информация
Одним из способов восстановления и упрочнения изношенных металлических поверхностей является газопламенное напыление,
заключающееся в нагреве напыляемых материалов газовым пламенем и в нанесении их на восстанавливаемую поверхность струей сжатого газа. Для напыления применяются порошки, проволоки и гибкие шнуровые материалы.
Формирование покрытия происходит за счет физического контакта оплавленных теплотой пламени, которое образуется при сгорании смеси горючего газа с кислородом, и ускоренных потоком сжатого газа частиц напыляемого материала с неровностями поверхности основы.
Одним из основных показателей качества сформированного покрытия является надежное сцепление с поверхностью основы, к подготовке которой предъявляются особые требования. Восстанавливаемая поверхность должна быть очищена от различных загрязнений и иметь достаточную шероховатость для обеспечения надежного зацепления ударяющихся об нее частиц напыляемого материала.
8
Лабораторная работа направлена на определение влияния подготовки поверхности основы на прочность сцепления напыляемого покрытия.
Работа выполняется с использованием специализированных образцов для определения прочности сцепления напыляемого материала с основой на срез. В качестве напыляемого применяется гибкий шнуровой материал Сфекорд-Экзо №15, при нанесении которого получается композиционное покрытие на основе
Ni, Cr, В, Si, Al. Для нанесения покрытий используется многофункциональная установка газопламенного напыления «Техникорд ТОП-ЖЕТ/2». В качестве измерительного оборудования – разрывная машина Р-20.
2.Порядок выполнения работы
1.Подготовить поверхности девяти специализированных образцов к напылению следующим образом:
-произвести обезжиривание отполированной поверхности трех образцов Уайт спиритом;
-произвести пескоструйную обработку трех образцов без обезжиривания;
-произвести пескоструйную обработку и обезжиривание остальных трех образцов.
2.На подготовленные образцы нанести покрытие, используя установку газопламенного напыления и гибкий шнуровой материал. Толщина покрытия должна составлять 3…4 мм.
3.Измерить прочность сцепления покрытия с основой, приложив растягивающую нагрузку на разрывной машине Р-20.
4.Результаты замеров занести в таблицу.
|
|
|
|
Таблица |
|
Прочность сцепления покрытия с основой, МПа |
|||
|
|
|
|
|
№ |
|
Способ обработки поверхности |
||
|
|
|
|
|
пластины |
Обезжиривание |
|
Пескоструйная |
Пескоструйная обработка |
|
|
обработка |
и обезжиривание |
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
9 |
|