13. Сутність способу відновлення деталей машин електродуговою металізацією

Металлизацией распыленным металлом называется процесс, при котором метал в виде проволоки подается в специальный аппарат — металлиза-тор и по выходе из него расплавляется ацетилено-кислородным пламенем, электрической дугой или т. в. ч. и затем дутьем сжатого воздуха или инерт­ных газов наносится на поверхность детали.

В зависимости от способа расплавления металла металлизацию подраз­деляют на газовую, электродуговую и высокочастотную. Наибольшее рас­пространение в нашей стране получила электродуговая металлизация. Газовая металлизация широко применяется за рубежом.

Ниже рассматриваются вопросы электродуговой металлизации. При­менение ее в ремонтном производстве объясняется известными преиму­ществами этого способа перед другими. При металлизации можно нанест;; любой слой любого металла толщиной от 0,03 мм до нескольких миллимет­ров на любой материал, не вызывая перегрева последнего. Металлизировать можно не только металлы, но и дерево, стекло, гипс и т. п. Металлизацион-ное покрытие обладает рядом ценных свойств, например достаточно высокой износостойкостью при жидкостном и полужидкостном трении. Однако несмотря на ряд преимуществ, металлизация распылением имеет ряд су­щественных недостатков, к числу которых следует отнести в первую очере~ь недостаточно высокую прочность сцепления покрытия с металлом восста­навливаемой детали, известные трудности подготовки к металлизации де­талей, термически обработанных на высокую твердость, и значительные потери металла, особенно при металлизации малогабаритных деталей.

Восстановление деталей металлизацией включает подготовку поверх­ности к нанесению покрытия, собственно металлизацию и последующую механическую обработку.

Собственно металлизация состоит из трех процессов: плавления твер­дого металла проволоки, распыления расплавленного металла струей воз­духа и формирования покрытия. На фиг. 184 показана схема процесса рас­пыления металла. Подготовка деталей к металлизации и механическая обра­ботка покрытия рассматриваются ниже.

Процесс плавления металла проволоки отличается высокой температу­рой электрической дуги, цикличностью и кратковременностью явление. протекающих в очаге плавления. По исследованиям А. Ф. Троицкого при плавлении проволоки в металлизационном аппарате происходит сле­дующий цикл явлений:

горение дуги между электродами и плавление их;

первый разрыв электрической цепи электродов;

короткое замыкание и плавление электродов;

искровой разряд, замыкающий новую дугу.

Плавление металла происходит в момент горения и короткого замыкания дуги, в моменты же разрывов электрической цепи электродов плавление металла не происходит.

Длительность каждого из четырех указанных явлений составляет ты­сячные доли секунды, причем длительность периода горения дуги при ра-

боте аппарата на переменном токе составляет 43—49,5% от длительности цикла всех явлений.

В силу сказанного, температура расплавленного металла при всех явле­ниях не остается одинаковой. При горении дуги температура расплавлен­ного металла наиболее высокая, что благоприятно сказывается на полу­чении относительно большого количества мелких частиц. Наоборот, при коротком замыкании температура понижена, и распыл получается с части­цами более крупного размера.

На явления, происходящие в очаге плавления электрода, оказывают влияние еще скорость подачи проволоки и давление дутьевой струи воздуха. Повышение скорости подачи проволоки вызывает рост максимальной силы тока и длительность периода коротких замыканий электродов, что способ­ствует увеличению количества более крупных частиц распыленного металла.

Повышение давления дутьевой струи воздуха при одинаковых прочих условиях вызывает также увеличение периода горения дуги, что благо­приятно сказывается на качестве распыла, получается большее количество

мелких частиц. Величина частиц может колебаться в довольно широких пределах от 0,002 до 0,2—0,4 мм.

Следует заметить, что повышенное давление сжатого воздуха, вызываю­щее резкое увеличение скорости подачи проволоки сверх некоторого макси­мума, может привести к тому, что в период коротких замыканий металл не успеет полностью расплавиться. Отрывающиеся от него в это время крупные частицы (кусочки) могут попасть на деталь, что зачастую и имеет место в практике металлизации.

В процессе металлизации металл проволоки подвергается выгоранию отдельных элементов, частичному окислению, распылению на мельчайшие частицы и деформированию их при осаждении на деталь.

Уже одни отмеченные факторы оказывают значительное влияние на свой­ства покрытия и могут привести к различным его характеристикам.

На структуру и свойства слоя большое влияние также оказывают ско­рость частиц, их масса и размеры, температура во время полета и происхо­дящие при этом явления, а также состояние металлизируемой поверхности и материал проволоки. Подавляющее большинство этих факторов зависит от режимов металлизации.

Выше было отмечено, что в очаге плавления электродов проволоки имеют место высокие температуры, которые значительно превосходят температуру плавления металла, в результате чего здесь имеются два фазовых состоя­ния: жидкий металл и пары металла. Расплавленный металл подхватывается дутьевой струей воздуха и распыляется на мельчайшие частицы с большой скоростью. Скорость металловоздушной струи, так же как и температура частиц, изменяется от очага плавления до поверхности металлизируемой детали, и по сечению струи от оси дутьевого потока до пограничного слоя. Скорость частиц от относительно небольшой начальной скорости 18,8 м/сек увеличивается до максимального значения, а затем по мере удаления от очага плавления уменьшается. Количественные значения величин началь­ной, максимальной и конечной скоростей, по данным отдельных исследова­телей, хотя и имеют некоторые различия, все же с достаточной достоверно­стью можно считать максимальную скорость частиц распыленной стали не меньше 190 м/сек.

Конечная скорость частиц на расстоянии 250 мм от сопла аппарата со­ставляет примерно 85 м/сек, а время движения частиц до детали не более 0,003 сек. При столь высокой скорости и весьма малом времени полета ча­стиц они не успевают сильно охладиться и достигают поверхности детали, будучи в пластическом состоянии. Последнее подтверждается следующими данными о температуре частиц :

Расстояние от сопла аппарата, мм 50 100 200

Температура частиц металла по оси дутьевой струи, °С 1030 980 900

Выше указывалось, что по сечению дутьевой струи от оси к периферии •скорость и температура частиц падают. Если к тому же учесть, что в про-цессе полета частицы неравномерно охлаждаются и подвергаются некото­рому окислению также в неодинаковой степени, то станет ясным, что, дости­гая поверхности детали, частицы распыленного металла имеют различные размеры, массу, скорость и температуру. Ударяясь о поверхность металли­зируемой детали, частицы в силу указанных причин подвергаются различ­ной степени деформации, наклепу и охлаждению от холодной поверхности детали (местной закалке).

Металлизационный слой находится в напряженном состоянии вследст­вие различного удельного веса и объема частиц. Наибольшему напряжению подвержены внутренние контактные участки, в частности, контактные уча­стки микрорельефа поверхности детали.

Электропроводность стального металлизационного слоя в 13—20 раз ниже, чем стали. По проведенным нами опытам, электрическое сопротивле­ние образцов диаметром 12 мм и длиной 18 мм, изготовленных целиком из пульверизированного металла, составляет 4-Ю"4 — 6- 10~4 ом, в то время как электросопротивление образца того же размера, изготовленного из ста­ли 20, равно 3-10~5 ом.