Общие указания по выполнению лабораторных работ

Mетодические указания являются основным учебным пособием к лабораторным работам по дисциплине « Восстановление изношенных деталей » для студентов Института транспортной техники и организации производства.

Цель работ. Лабораторные работы позволяют: закрепить излагаемые на лекциях и в литературе сведения о некоторых способах восстановления изношенных поверхностей; конструктивных особенностях оборудования применяемого при восстановлении деталей и повышения их износостойкости; изучить конструкцию, принципиальные схемы и принцип действия оборудования; приобрести навыки постановки экспериментальных работ, анализа и обобщения полученных результатов.

Каждой лабораторной работе предшествует изучение студентами методических указаний, лекций и рекомендуемой литературы.

Организация работ. В начале занятия преподаватель проверяет подготовку студентов к лабораторной работе, наличие в тетради необходимых записей и схем. При неудовлетворительных результатах студенты не допускаются к выполнению лабораторных работ.

Все эксперименты и другие виды работ, в соответствии с методическими указаниями, выполняются студентами под контролем учебного мастера и преподавателя.

По окончании эксперимента студенты должны проанализировать полученные данные, занести их в бланки таблиц отчета и построить графики зависимостей. На основе результатов эксперимента каждый студент самостоятельно формулирует выводы, которые записывает в соответствующий раздел отчета.

Оформление отчетов. В бланки таблиц записываются, исходные данные и результаты эксперимента.

Описание устройства оборудования составлено по рисункам, представленных в методических указаниях, и изображение которых приведено на плакатах, используемых при выполнении лабораторной работы.

Лабораторная работа №1 изучение технологии наплавки и исследование свойств наплавленного слоя, выполненного различными электродами

Цель работы: ознакомление с материалами и особенностями технологии наплавочных работ, а также исследование свойств наплавок, выполненных различными электродами.

1. Краткие теоретические сведения

Наплавка применяется для восстановления изношенных деталей или для получения поверхностного слоя с особыми свойствами. Наплавка производится как ручной, так и автоматической и полуавтоматической дуговой сваркой с применением обычных сварочных материалов или специальных наплавочных электродов, проволок, флюсов.

В настоящее время разработано около 70 марок наплавочных электродов. Сведения о некоторых из них приведены в таблице 1.

Налавочные электроды состоят из обмазки, нанесенной па наплавочную проволоку, которая выпускается по ГОСТ 10543-75 и обозначается двумя буквами Нп, далее идет буквенно-цифровое обозначение качественной углеродистой или легированной стали, из которой изготовлена проволока.

Различают проволоки для наплавок, близких по составу углеродистым сталям с твердостью HB =160 – 310 Мпа, легированным сталям ( HRC = 32 - 50 ) и высоколегированным сталям.

Химический состав, твердость и область применения некоторых марок проволоки приведены в таблице 2.

Для полуавтоматической наплавки применяют проволоку диаметром 1.2 - 2 мм, а для автоматической наплавки – 2 - 3 мм.

Кроме проволоки сплошного сечения, для механизированной наплавки применяю порошковую проволоку и ленту холодного проката, литую и порошковую.

Порошковые проволоки обозначают буквами ПП, затем идут цифры, показывающие содержание углерода и легирующих компонентов (ПП -30Х2В8, со следующим содержанием элементов - С = 0.3 - 0.4%; S = 0.5 - 0.7%; Mn = 0,6 – 0.7%; Cr = 2.2 – 2.7%; W = 7.5 – 9.5%;V = 0.2 – 0.5%.

В центральной части порошковой проволоки находятся порошки, состоящие из шлакообразующих, газообразующих, стабилизирующих, раскисляющих и легирующих компонентов.

Порошковую проволоку применяют для сварки покрытой дугой и под слоем флюса. Использование порошковой проволоки позволяет получить твердость HRC = 38 – 65 единиц.

Таблица 1	Область применения		Вагонные детали, оси валы, подвергающиеся механической обработке	Детали, обрабатываемые после наплавки шлифованием	Рельсы, крестовины, детали автосцепки	Износостойкая наплавка при абразивном износе	Рельсы и другие детали из высокоуглеродистой стали	Детали из высокоуглеродистых сталей	* В числителе твердость однослойной наплавки, в знаменателе – четырехслойной наплавки
	HRC *		24 / 32	37 / 40	29 / 36	56 / 62	30 / 39	23 / 30
Химический состав наплавленного металла	Химический состав наплавленного металла	P	0.035	0.030	0.021	0.016	0.035	0.03
		S	0.02	0.02	0.032	0.012	0.035	0.02
		V	-	-	-	-	-	-
		Мо	-	-	-	-	0.5	-
		Ni	-	-	-	-	-	3.0
		Cr	-	-	1.0	2.6	0.7	11.0
		Mn	3.20	4.20	1.80	0.80	1.70	0.50
		Si	-	-	0.5	0.9	0.1	-
		C	0.15	0.20	0.14	0.80	0.3	0.5-0.8
	Тип по ГОСТ 10051-75		Э-15Г	Э-20ГЧ	Э-14Г2Х	Э-80ХЧСГ	Э-30С2ХМ	Э-10Х11Н3
	Марка электрода		ОЗН300	ОЗН400	К2-55	ЭН-60	НР-70	ОМГ-Н

Таблица 2 Химический состав наплавочных проволок	Область применения			Оси, шпиндели валы НВ = 160-220		Оси, шпиндели валы НВ = 170-230	Коленчатые валы НВ = 200-340	Легированные	Крановые колеса НВ = 220-300	Детали машин работающих с динамическими нагрузками НRC =5 4-56 после закалки	Шлицевые валы и другие детали с твердостью HRС = 43-50
	Среднее содержание элементов, %	Проч.	Углеродистые		_	_	_		0.03	_	_
		Р			0.04	0.04	0.04			0.04	0.04
		S			0.04	0.04	0.04			0.04	0.04
		Мо			-	-	-		1.0	-	-
		V			-	-	-		-	-	0.15
		W			-	-	-		-	-	-
		Ni			0.30	0.30	0.30		0.40	0.40	0.40
		Cr			0.25	0.25	0.25		0.95	2.10	1.00
		Si			0.27	0.27	0.27		1.10	0.55	0.27
		Mn			0.65	0.65	0.65		0.95	2.1	0.65
		C			0.25	0.40	0.85		0.31	0.39	0.50
	Марка проволоки			Нп-25		Нп-40	Нп-85		Нп30ХГСА	Нп40Х2Г2М	Нп50ХФА

таблицы 2	Область применения			Обрезные штампы холодной штамповки НRC = 32 - 38			Опорные ролики экскаваторов, детали транспортеров HRC =45 – 52	Ножи резки горячего металла, прессовый инструмент	Железнодорожные крестовины, зубья ковшей экскаваторов	Выхлопные клапаны дизелей
Продолжение	Среднее содержание элементов, %	Проч.	Легированные	_	Высоколегированные		_	0.50	_	0.30
		Р		0.03			0.035	0.04	0.03	0.02
		S		0.03			0.03	0.04	0.03	0.015
		Мо		-			-	-	-	-
		V		-			-	0.40	-	-
		W		-			-	8.50	-	-
		Ni		0.35			< 0.60	< 0.60	< 0.60	Остальное
		Cr		1.45			13.0	2.60	0.60	20.0
		Si		0.25			0.80	0.55	0.40	0.80
		Mn		0.30			0.80	1.20	13.0	0.70
		C		1.05			0.40	0.45	1.10	0.12
	Марка проволоки			Нп105Х			Нп40Х13	Нп45Х2В8Т	Нп-Г13А	НпХ20Н80Т

Для механизированной наплавки часто применяют флюсы плавленые и неплавленые.

Плавленые флюсы получают сплавлением компонентов шихты в электрических или пламенных печах. Неплавленые флюсы изготовляют скреплением частиц флюсовой шихты без их сплавления. К неправленым флюсам относятся керамические флюсы, спеченные флюсы, флюсы-смеси.

Керамические флюсы изготовляют из смесей порошкообразных материалов, скрепляемых с помощью клеящих веществ ( жидкое стекло ).

Спеченные флюсы изготовляют спеканием компонентов шихты при повышенных температурах. Полученные комки затем измельчают до требуемой грануляции.

Флюсы-смеси изготовляют механическим смешением крупинок материалов или флюсов.

Химические составы некоторых плавленых флюсов (ГОСТ 9087-89) приведены в таблице 3.

Флюсы АН-60, АН-348А, ОСЦ-45 являются сильно окислительными и применяются для сварки н наплавки углеродистых и низколегированных сталей преимущественно в сочетании с углеродистой и низколегированной проволокой.

Таблица 3

Химический состав флюсов

Марка флюса	Содержание компонентов, %
	SiO2	MnO	CaF2	Al2O3	CaO	MgO	Fe2O3	Na2O,K2O
АН348-А	41- 44	34- 38	4 - 5,5	4,5	6,5	5 – 7,5	2,0	-
ОСЦ 45	38- 44	38- 44	6 – 9,0	5,0	6,5	2,5	2,0	-
АН-60	42- 46	36- 41	5 – 8,0	5,0	3 – 11	0,5 - 3	1,5	-
АН-20	19- 24	0,5	25- 32	27- 32	3 - 9	9 – 13	1,0	2 – 3
АН-26	29 - 33	2,5–4,0	20 -24	19 - 23	4 - 7	15 - 18	1,5
АН-8	33 - 36	21 - 26	13 - 19	11 - 15	4 - 7	5 – 7,5	1,5-3,5	-

АН-20, АН-22 и АН-26 – слабо окислительные флюсы применяют для наплавки легированных и аустенитных хромоникелевых сталей легированной проволокой.

В ряде случаев применяют керамические флюсы и гранулированные порошки.

На предприятиях МПС широко используется восстановление деталей методом ручной и механизированной наплавки. Наплавка применяется для ремонта рельс, бандажей вагонных и локомотивных колес, деталей автосцепного устройства и др.

До настоящего времени широкое применение в производстве находит ручная дуговая наплавка электродами, несмотря на общую тенденцию к автоматизации наплавочных работ.

Рис.1. Схема наплавки одиночными валиками, перекрывающими друг друга

Ручная дуговая наплавка выполняется широкими валиками, при этом ширина валика должна составлять – в = ( 3 – 5 ) d_эл, и валики должны перекрывать друг друга не менее чем на ¹/₃ своей ширины (рис.1).

Наплавка осуществляется одиночными валиками, когда последующий валик перекрывает предыдущий, или одиночными валиками, расположенными на расстоянии ( рис.2 ), однако перекрытие в ¹/₃ ширины должно соблюдаться в обязательном порядке.

Рис.2. Схема наплавки одиночными валиками, расположенными на расстоянии

В задачу лабораторной работы входит ознакомление с техникой наплавки плоской поверхности деталей из низкоуглеродистой и высокоуглеродистой конструкционной стали наплавочными электродами и изучение свойств наплавленного металла.