- •Пластическое деформирование, наплавка, напыление и плакирование для восстановления и упрочнения деталей машин
- •Оглавление
- •Предисловие
- •1. Цель и задачи изечаемого курса. История развития теории и практики восстановления быстроизношивающихся деталей оборудования
- •Цель и задачи изучаемого курса
- •1.2. История развития теории и практики восстановления и упрочнения быстроизнашивающихся деталей оборудования
- •2. Условия работы и характер износа деталей оборудования и технологического инструмента. Виды изнашивания
- •2.1. Условия работы и характер износа деталей оборудования и технологического инструмента
- •2.1.1. Причины разрушения деталей
- •2.1.2. Вида внешнего трения, вызывающие отказы деталей по износу
- •2.2. Виды изнашивания
- •2.2.1. Характеристики основных видов изнашивания
- •3.2. Выбор состава и свойств упрочняющих покрытий
- •3.2.1. Виды основного металла
- •3.3. Области применения
- •3.3.1. Строительные машины
- •3.3.2. Землечерпальные суда
- •3.3.3. Металлургическое оборудование
- •3.3.4. Железнодорожный подвижной состав
- •3.3.5. Сосуды высокого давления
- •3.3.6. Прочие изделия
- •4. Современные наплавочные материалы. Материалы для восстановительной и износостойкой наплавки. Коррозионностойкие наплавочные материалы. Характеристика, свойства и области применения
- •4.1. Материалы для восстановительной и износостойкой наплавки
- •4.1.1. Наплавочная проволока сплошного сечения
- •4.1.2. Покрытые электроды для ручной дуговой наплавки
- •4.1.3. Наплавочные ленточные электроды
- •4.1.4. Флюсы
- •4.1.5. Порошковая проволока
- •4.1.6. Карбид вольфрама
- •4.1.7. Прутки для наплавки
- •4.2. Материалы для износостойкой наплавки, классифицируемые по виду структуры наплавленного металла
- •4.2.1. Перлитно-сорбитные материалы
- •4.2.2. Мартенситные материалы
- •4.2.3. Аустенитно-мартенситные материалы
- •4.2.4. Аустенитные материалы
- •4.3. Коррозионно-стойкие наплавочные материалы
- •4.3.1. Коррозионно-стойкая сталь
- •4.3.2. Никель и его сплавы
- •4.3.3. Медь и её сплавы
- •5.1. Основной металл
- •5.2. Свариваемость основного металла
- •5.2.1. Понятие свариваемости
- •5.2.2. Состав и твёрдость наплавленного металла
- •5.2.3. Структурная диаграмма Шеффлера
- •5.2.4. Переход углерода
- •5.3. Роль среды при наплавке
- •5.3.1. Газовая наплавка
- •5.3.2. Дуговая наплавка
- •5.4. Погонная энергия и скорость охлаждения
- •5.5. Режимы наплавки
- •5.5.1. Прокалка наплавочных материалов
- •5.5.2. Обработка поверхности перед наплавкой
- •5.5.3. Предварительный нагрев
- •5.5.4. Газовая наплавка
- •5.5.5. Дуговая наплавка покрытыми электродами.
- •5.5.6. Дуговая наплавка в среде со2
- •5.5.7. Наплавка под флюсом электродной проволокой
- •5.5.8. Наплавка под флюсом ленточным электродом
- •5.6. Доля основного металла в металле наплавки
- •5.6. Термообработка после наплавки
- •5.6.1. Термообработка после износостойкой наплавки
- •5.6.2. Термообработка после коррозионно-стойкой наплавки
- •6.1. Общая характеристика технологии напыления
- •6.1.1. Общие сведения
- •6.1.2. Преимущества технологии напыления
- •6.1.3. Недостатки технологии напыления
- •6.2. Практика напыления
- •6.2.1. Подготовка к напылению
- •6.2.2. Напыление
- •6.2.3. Последующая обработка
- •6.2.4. Чистовая обработка покрытий
- •6.3. Способы напыления, их сущность
- •6.3.1. Газопламенное напыление
- •6.3.2. Детонационное напыление
- •6.3.3. Дуговая металлизация
- •6.3.4. Плазменное напыление
- •6.3.5. Электроимпульсное нанесение покрытий
- •6.3.6. Нанесение металлических покрытий методом плакирования гибким инструментом
- •6.3.7. Нанесение металлических покрытий методом дробного плакирования гибким инструментом
- •6.4. Напыляемые материалы
- •6.4.1. Напыляемые материалы в виде проволоки
- •6.4.2. Прутковые напыляемые материалы
- •6.4.3. Порошковые напыляемые материалы
- •6.5. Прочность сцепления покрытия с основным материалом и между собой
- •6.6. Пористость и плотность покрытия
- •6.7. Термообработка после нанесения покрытия
- •6.7.1. Термообработка
- •6.7.2. Диффузионная обработка
- •6.7.3. Оплавление напылённых покрытий из самофлюсующихся сплавов
- •7. Технология восстановления и упрочнения наплавкой и напылением деталей металлургического и горнорудного оборудования
- •7.1. Наплавка
- •7.1.1. Наплавка молотков молотковых дробилок
- •7.1.2. Наплавка валков коксовых дробилок аглофабрик
- •7.1.3. Наплавка колосников грохотов дробилок агломерата
- •7.1.4. Наплавка зубьев звёздочек привода агломерационной машины
- •7.1.5. Наплавка деталей загрузочных устройств доменных печей
- •7.1.6. Упрочнение быстроизнашивающихся поверхностей
- •7.1.7. Наплавка буров для вскрытия чугунных лёток доменных печей
- •7.1.8. Наплавка цапф металлургических ковшей
- •7.1.9. Наплавка плунжеров пакетировочных прессов
- •7.1.10. Наплавка хоботов завалочных машин
- •7.1.11. Наплавка кернов клещевых кранов
- •7.1.12. Наплавка подпятника домкратной тележки
- •7.1.13. Наплавка прокатных валков
- •7.1.14. Износостойкая автоматическая наплавка прокатных валков
- •7.1.15. Электрошлаковая наплавка валков
- •7.1.16. Наплавка валков профилегибочных станов
- •7.1.17. Наплавка роликов рольгангов
- •7.1.18. Наплавка роликов листоправильных машин
- •7.1.19. Наплавка ножей ножниц блюминга
- •7.2. Плазменное напыление
- •7.2.1. Напыление калибров
- •7.2.2. Напыление матриц для горячего прессования тугоплавких металлов
- •7.2.3. Напыление пуансонов и направляющих роликов
- •8.1. Формирование упрочнённого слоя деталей методом ппд
- •8.1.1. Обкатка роликами и шариками
- •8.1.2. Зона деформирования при ппд
- •8.2. Остаточные напряжения и связь состояния поверхности с эксплуатационными свойствами деталей
- •8.2.1. Влияние обкатки на износ деталей
- •8.2.2. Влияние ппд на характеристики усталостной прочности
- •9. Оборудование и технология для ппд (обкатывание, выглаживание, ультразвуковая обработка, чеканка, упрочнение проволочным инструментом, обработка дробь и др.)
- •9.1. Приспособления для обкатки роликами и шариками
- •9.2. Алмазные выглаживатели
- •9.3. Отделочно-упрочняющая обработка
- •9.4. Чеканка
- •9.4.1. Чеканочные устройства
- •9.4.2. Многобойковое чеканное устройство
- •9.5. Дробеструйный наклёп
- •9.5.1. Дробемётные установки
- •9.6. Упрочнение энергией взрыва
- •10. Дефекты наплавок и напыления. Причины образования и методы их обнаружения
- •10.1. Дефекты наплавки и меры их предотвращения
- •10.1.1. Трещины
- •10.1.2. Поры
- •10.1.3. Подрезы
- •10.1.4. Шлаковые включения
- •10.1.5. Непровар
- •10.1.6. Несплавления
- •10.1.7. Наплывы и натёки
- •10.1.8. Прожог
- •10.1.9. Пористость и ноздреватость
- •10.1.10. Кратеры
- •10.1.11. Деформации и коробления наплавленных изделий
- •10.2. Методы контроля наплавленных деталей
- •10.2.1. Металлографические методы контроля
- •10.2.2. Контроль твёрдости наплавленного металла
- •10.2.3. Контроль химического состава наплавленного металла
- •10.2.4. Просвечивание металла рентгеновскими и гамма-лучами
- •10.2.5. Контроль при помощи ультразвука
- •10.2.6. Магнитная дефектоскопия наплавленных деталей
- •10.2.7. Люминесцентный метод контроля
- •10.2.8. Метод окрашивания
- •10.3. Дефекты покрытия и меры их предотвращения
- •10.4. Свойства напылённых покрытий и их испытания
- •10.4.1. Испытания на прочность сцепления
- •10.4.2. Износостойкость и фрикционные свойства напылённых покрытий
- •10.4.3. Жаростойкие и теплоизоляционные характеристики покрытий
- •Заключение
- •Вопросы самоконтроля для студентов
- •Библиографический список
8.1.1. Обкатка роликами и шариками
Обкатка роликами и шариками – простой и наиболее распространённый метод ППД, особенно для тел вращения. Обкатка повышает предел выносливости валов на гладких участках на 20…40%, в подступичных частях – на 80…100%, в галтелях – на 60…100%, сварных валов – в два раза, мест резких концентраторов и резьбы – в 2…3 раза.
Процесс обкатки происходит в условиях трения качения с проскальзыванием. Рекомендуется его проводить с применением смазочно-охлаждающей жидкости.
Малые подачи обеспечивают лучший результат. Наиболее эффективны первые три прохода. Увеличение числа проходов может привести к перенаклёпу и увеличению шероховатости поверхности, а иногда и к снижению выносливости. Скорость обкатки практически не влияет на шероховатость. Усилие на ролик не должно создавать напряжения, превышающего предел прочности, т.е. не должно вызывать разрушение кристаллов в процессе деформации металла.
При упрочняющей обкатке режим обкатки считается правильным, если повышение твёрдости составляет 24…40% и глубина наклёпа составляет 0,02…0,04 диаметра детали.
В таблице 8.2 представлены некоторые данные по упрочнению крупных деталей металлургического оборудования.
Таблица 8.2
Способы и эффективность упрочнения некоторых деталей металлургического оборудования
Наименование деталей, материал |
Поверхность упрочнения |
Способ упрочнения |
Эффект упрочнения |
Валы конусных дробилок крупного дробления; сталь 40, 34ХН1М |
Подступичные части d = 400…600 мм |
Накатывание роликом, Р = 7 кН |
Повышение предела вы-носливости при изгибе на 50…80% |
Станинные ролики про-катных станов, валы ре-дукторов поворота и др.; сталь 40, 40Х, 34ХН1М |
Галтели R = 8…20 мм |
Накатывание роликом с биением рабочего профи-ля, Р = 5…25 кН |
То же, на 30…50% |
Цилиндрические зубчатые колёса экскаваторов, кони-ческие шестерни дроби-лок; сталь 34ХН1М |
Переходной профиль у корня зубьев с модулем m = 26…30 мм |
Накатывание на специаль-ных полуавтоматических станках |
Увеличение долговечно-сти в 2…10 раз |
Станины рабочих клетей обжимных станов; сталь 35Л |
Конические (1:6) отвер-стия (d = 640 мм) под установку станинных ро-ликов |
Раскатывание, Р = 70 кН |
Уменьшение смятия кром-ки на 25…40% |
Станины шестерённых клетей прокатных станов: сталь 35Л |
Отверстия под подшип-ники шестерённых валков d = 1250 мм |
То же, Р = 40 кН |
Предотвращение провора-чивания наружных колец подшипников |
Станины, корпуса чаш и колец конусных дробилок; сталь 35Л |
Цилиндрические, плоские и конические поверхности d = 1300…3800 мм |
То же, Р = 30 кН |
То же, на 15…25% |
Окончание таблицы 8.2
Наименование деталей, материал |
Поверхность упрочнения |
Способ упрочнения |
Эффект упрочнения |
Корпуса и гильзы гидро- и пневмоцилиндров различ-ного назначения; сталь 10, 40 |
Зеркало цилиндров d = 25…320 мм |
Раскатывание жёсткими планетарными раскатками с натягом 0,1…0,25 мм |
Уменьшение износа мяг-ких уплотнений поршней в 8…10 раз |
То же, d = 340…600 мм |
Раскатывание инструмен-тами пониженной жёстко-сти, Р = 5…30 кН |
||
Штанги прессов; сталь 50, 1Х18Н10Г (наплавка) |
d = 600…1000 мм, l = 400…5800 мм |
Накатывание бочкообраз-ными роликами, Р = 30…60 кН |
Уменьшение износа брон-зовых вкладышей втулок и букс в 3 раза. Сокращение времени приработки в 20 раз |
Валы и корпуса конусов дробилок; сталь 34ХН1М, 35Л |
Конические (1:12) хвосто-вики d = 480 мм, сферы r = 1100 мм |
Накатывание роликами на токарном и карусельном станках |
Уменьшение износа |
Нажимные винты про-катных станов; сталь 34ХН1М |
Плоскости квадратного хвостовика 300х300х2380 мм |
Накатывание на фрезер-ном станке |
Малое давление снижает эффект обкатки, повышенное – вызывает разрушение структуры металла с последующим отслаиванием.
С целью получения нужной структуры применяют термическую или химическую обработку с последующим пластическим деформированием. Детали, работающие в тяжёлых условиях трения, следует упрочнять при усилиях, не превышающих 750…1000 Н.
Термический отпуск дополнительно повышает предел выносливости на 5…10% и условный предел коррозионной усталости на 20%, что объясняется старением наклёпанного слоя, т.е. увеличением прочности поверхностного слоя.
Дополнительная термическая обработка, заключающаяся в старении наклёпанного слоя при 200…400оС, является благоприятной в отношении повышения усталости и коррозионной усталости сталей.
Износостойкость деталей, работающих при трении, определяется структурой их поверхностного слоя. Наибольшей износостойкостью обладает та сталь, которая состоит из мелкоигольчатого мартенсита с незначительным количеством остаточного аустенита и мелких раздробленных карбидов.