Контрольные вопросы

1. Какие условия способствуют увеличению ползучести метал­лов?

2. В каких условиях происходит усталостное разрушение дета­лей?

1. Почему смазка снижает прочность деталей автомобиля?

4.Что может быть причиной коробления корпусной детали ав­томобиля в процессе его эксплуатации?

5.При каких условиях может наблюдаться задир трущихся по­верхностей деталей автомобиля?

6.При каких видах износа трущиеся поверхности деталей глад­кие и блестящие?

7.Какие детали автомобиля могут подвергаться фреттинг-коррозии?

8.Какие детали автомобиля могут подвергаться эрозии?

ЛЕКЦИЯ 16

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ АВТОТРАНСПОРТА НА НИЗКОЙ ПОГОННОЙ ЭНЕРГИИ

Наплавка на низкой погонной энергии является энергосберегающим процессом, так как обеспечивает снижение расхода электроэнергии.

Основными деталями автотранспорта являются узлы и детали, которые работают в условиях высоких удельных давлений, поэтому изготавливаются из высокоуглеродистых сталей и чугуна, что ограничивает наплавку вследствие повышения склонности к образованию трещин. Поэтому повышение трещиностойкости является важной научно-технической проблемой.

Эффективным способом повышения трещиностойкости является высокоскоростная электродуговая наплавка на низкой погонной энергии, при которой изменяются условия существования дуги, уменьшается тепловложение, увеличивается скорость нагрева и охлаждения жидкого металла и околошовной зоны. Это приводит к изменению условий кристаллизации ванны, деформации, сварочных напряжений и качества наплавленного металла.

При электродуговой наплавке под действием теплового возбуждения в наплавленном металле возникают вакансии [2], так как энергия возникновения вакансий меньше энергии образования межузельных атомов. В зоне возникновения вакансий происходит нарушение статического равновесия сил межатомного взаимодействия, обуславливающего смещение соседних атомов из их равновесных положений и микроискажение кристаллической решетки.

В результате тепловложения в процессе наплавки металл подвергается воздействию термодеформационного цикла, который определяет микроискажения кристаллической решетки и микронапряжения.

Наплавка – процесс восстановления и упрочнения деталей. В основе процесса наплавки лежит сварка.

Сварка – процесс образования неразъемного соединения за счет межатомных сил связей, которые возникают на межатомном расстоянии порядка 1 А (Ангстрем), равном 10^-10 м. Природа межатомных сил связей электромагнитная.

Электромагнитные силы межатомного взаимодействия являются результатом притяжения токов одинакового направления (рис.16.1б) вследствие взаимного уничтожения магнитных полей противоположного направления между проводниками (рис.16.2), так как они перемещаются в сторону меньшего, равного нулю, магнитного поля. Аналогично электроны движутся от большего к меньшему потенциалу, дуга при магнитном дутье отклоняется в сторону меньшего магнитного поля, тепло распространяется от большей к меньшей температуре, элементы диффундиируют от большей концентрации к меньшей, давление дуги является результатом пинч-эффекта и движения плазменных потоков от большего к меньшему давлению, дуга стремится гореть при минимальном напряжении.

Движущиеся вокруг ядра электроны создают микротоки. Направление движения электронов и микротоков соседних атомов совпадают, поэтому между ними возникают электромагнитные силы притяжения, обеспечивающие прочность тел (рис. 16.2). На поверхности тел магнитное поле равно нулю, так как микротоки электронов направлены в противоположные стороны.

Электромагнитная природа межатомных сил связей подтверждается тем, что в отсутствии движения электронов силы межатомного взаимодействия равны нулю, и происходит распад. Все существующие способы механической обработки металлов основаны на снятии стружки путем смещения одного слоя относительно другого, так как при этом уменьшаются электромагнитные силы притяжения. Вследствие электромагнитной природы межатомных сил связей напряжения, необходимые для снятия стружки, значительно ниже предела прочности. Аналогично значительно легче разъединить две намагниченные поверхности путем смещения относительно друг друга, чем путем растяжения.

При электродуговой наплавке сближение атомов на межатомное расстояние обеспечивается за счет расплавления электрода и детали электрической дугой и слияния жидкого металла сварочной ванны.

Для повышения производительности и износостойкости наплавка цилиндрических деталей производится автоматической сваркой (рис.16.3), при которой деталь вращается на токарном станке, и наплавочный автомат перемещается вдоль детали. Для предотвращения вытекания жидкого металла из сварочной ванны и качественного формирования шва наплавка производится со смещением с зенита в сторону, противоположную направлению вращения деталей (рис.16.3), на величину длины сварочной ванны.

Для экономии электроэнергии и повышения износостойкости деталей разработан способ восстановления и упрочнения электродуговой наплавкой на низкой погонной энергии ,

где – эффективная мощность электрической дуги;

– величина сварочного тока, А;

– напряжение на дуге, В;

– КПД;

– скорость наплавки.

Рис.16.3 Наплавка цилиндрических деталей

Электродуговая наплавка цилиндрических деталей на низкой погонной энергии обеспечивает уменьшение тепловложения, повышение скорости кристаллизации и уменьшение времени пребывания ванны в жидком состоянии. В результате жидкий металл не успевает вытекать из ванны, что обеспечивает качественное формирование наплавленного металла. Наиболее эффективно уменьшать погонную энергию за счет повышения скорости наплавки, так как при этом возрастает скорость кристаллизации жидкого металла, измельчается микроструктура, повышается износостойкость и коррозионная стойкость наплавленных деталей.

Сварка высокоуглеродистых сталей ограничена образованием холодных и горячих трещин. Трещины образуются, когда сварочные напряжения становятся больше предела прочности.

Горячими называются трещины, которые образуются в интервале температур Тл – Тс (ликвидус– солидус) вследствие возникновения легкоплавкой эвтектики FeS, температура плавления которой Т_FeS=1150⁰ С. Горячие трещины образуются в температурном интервале хрупкости (ТИХ) (рис.16.4). Горячие трещины имеют извилистую форму и располагаются посредине шва.

Для предотвращения образования горячих трещин необходимо:

– уменьшать температурный интервал хрупкости за счет снижения содержания серы;

– производить предварительный подогрев до 250 – 300⁰С;

– измельчать микроструктуру за счет снижения погонной энергии и модифицирования металла шва титаном или алюминия.

Холодными называются трещины, которые образуются при низких температурах вследствие возникновения мартенсита, который характеризуется высокой твердостью, низкой пластичностью и большим объемом, что приводит к повышению сварочных напряжений.

Холодные трещины имеют прямолинейную форму, образуются в зоне сплавления и приводят к отслаиванию наплавленного металла.

Для предотвращения образования холодных трещин необходимо:

– производить предварительный и сопутствующий подогрев до 250 – 300⁰С;

– наплавлять буферный слой низкоуглеродистой проволокой, что обеспечивает диффузию углерода из основного металла в наплавленный, снижение эквивалента углерода в зоне сплавления;

– производить наплавку на низкой погонной энергии, что снижает сварочные напряжения и измельчает микроструктуру за счет повышения скорости кристаллизации;

– после наплавки производить термообработку, что снижает сварочные напряжения;

– обеспечивать замедленное охлаждение до температуры окружающей среды в термопечи или термостате.

Для повышения износостойкости валков наплавка износостойкого слоя производится легированными проволоками НП30ХГСА, НП35Х5МФБ, ПП25Х5ФМС под флюсом АН-26.

Коленчатый вал изготавливается из чугуна, которым называется сплав железа с углеродом, содержащий более 2% углерода. Чугун характеризуется плохой свариваемостью вследствие склонности к образованию трещин и порообразования. Наплавка чугуна производится с предварительным и сопутствующим подогревом до 700⁰ С на низкой погонной энергии легированными проволоками Св06Х19Н9Т под флюсом АН-26 или электродами ЦЛ-11.

Рис.16.4 Температурный интервал хрупкости