7.4 Використання технологічних методів підвищення довговічності

У процесі спрацювання найважливішу роль відіграє стан і властивості тонкого поверхневого шару деталей, який формується при їх завершальному обробленні. Розроблено багато способів зміни стану, структури і властивостей тонкого поверхневого шару деталей машин. їхнє раціональне вико­ристання з урахуванням конкретних умов експлуатації і на­перед заданими властивостями може значно підвищити на­дійність та довговічність машин і технологічного обладнання.

Термічне оброблення є одним із найпоширеніших ме­тодів зміни властивостей виробів. Полуменеве загар­тування незамінне для великогабаритних деталей, а також широко використовується для зміцнення зубів великих зуб­частих коліс. Загартування СВЧ підвищує міцність від утом­леності сталей на 40... 100 %.

При дифузійному хіміко-термічному обробленні (ХТО) поєднуються термічний і хімічний вплив на матеріал деталей для підвищення довговічності. На поверхні деталі утворю­ється шар, що має істотні відмінності від серцевини. По суті, на поверхні маємо новий сплав, що за своїми фізико-хіміко-механічними властивостями може значно відрізнятися від матеріалу основи.

При ХТО поверхневий шар може насичуватися різними ме­тодами. Основні з них такі: дифузійне насичення з порошко­вих сумішей (порошковий метод); дифузійне насичення з розплавів солей або металів, що містять насичувальний еле­мент (з електролізом і без застосування електролізу); прямо­точний і циркуляційний методи дифузійного насичення з газових середовищ; насичення з паст і суспензій (шлікерний спосіб); дифузійне насичення з використанням вакууму.

Для підвищення довговічності деталей обладнання хар­чової промисловості велике значення мають способи нанесен­ня багатокомпонентних покриттів: хромоалітування, боро-алітування, боросиліціювання, борохромування, боротитанування, хромосиліціювання та ін. При вдалому виборі дифузійних покрит­тів тривалість експлуатації обладнання харчової промисло­вості збільшується в середньому в 5...8 разів.

При хромоалітуванні значно підви­щується зносостійкість, корозійна і ерозійна стійкість. Так, зносостійкість хромоалітованої сталі У8 в умовах тертя ковзання без змащування в 1,5...2,0 рази вища, ніж без ХТО. Корозійна стійкість у водних розчинах МаСІ, Н₂80₄, НМ0₃, НС1, Н₃Р0₄ і СН₃СООН збільшується порівняно з незахищеними вуглецевими сталями в 5...10 разів, а ерозійна — в 4 рази.

Бороалітування застосовують для підвищення зносо­стійкості і жаростійкості, корозійної стійкості металів і спла­вів. Корозійна стійкість вуглецевих сталей 20 і 45 у розчинах кухонної солі підвищується в 9... 11 разів.

Боросиліціювання застосовують переважно для підви­щення зносостійкості й корозійної стійкості деталей.

Борохромування широко застосовують завдяки знач­ним підвищеним фізико-хімічним характеристикам борид-них шарів у поєднанні з хромом.

Боротитанування надійно захищає вироби від корозії в агресивних середовищах харчової промисловості, інтен­сивного абразивного і кавітаційно-ерозійного спрацювання.

Хромосиліціювання сталей підвищує їх зносостійкість, ерозійну і кавітаційну стійкість, опір газовій і електрохіміч­ній корозії. В результаті хромосиліціювання кавітаційна стійкість сірого чавуну підвищується в 4...6 разів.

Хромування підвищує корозійну стійкість сталі 10 у цукровому сиропі в 10...50 разів, хромоалітування — в 6... 12, алітування — в 5... 10, цинкування — в 3...7 разів.

Останнім часом у промисловості почали застосовувати іонне азотування, що значно переважає пічне газове азоту­вання. Зносостійкість сталі 38ХМЮА після іонного азоту­вання в 2...З рази вища, ніж після газового. Зно­состійкість азотованих сталей у 1,5...4,0 рази вища, ніж за­гартованих, цементованих, нітроцементованих і ціанованих. Так, у розчинах солі умовна границя ко­розійної втомленості після газового азотування збільшується в 4,5 раза, а після іонного — в 6,5 разів.

Результати виробни­чих випробувань робочих коліс і кришок насосів молочної промисловості, які піддавалися іонному азотуванню показали, що тривалість їх експлуатації при перекачуванні насичених розчинів солі збіль­шується більш ніж у 6 разів. Таким чином, проведені дослі­дження довели доцільність використання ХТО (зокрема, іонного азотування і термодифузійного хромування) для підвищення кавітаційно-ерозійної стійкості сталевих і ча­вунних деталей обладнання.

За останні три десятиріччя практика зміцнення та від­новлення деталей поповнилася методами газотермічного на­пилення покриттів (ГТНП). Методи ГТНП мають переваги порівняно з іншими спо­собами: високу продуктивність процесу напилення; незначну температуру нагрівання поверхні деталі (не вище ніж 200...300 °С); універсальність у використанні ма­теріалів покриттів; можливість покривати відкриті поверхні га­баритних виробів і конструкцій, у тому числі листових, тонко­стінних, і напилювати покриття на поверхні не тільки металів, а й пластмас, кераміки, графіту, деревини та інших матеріалів; відносну простоту технології. Найпоширенішими є методи електро­дугової металізації, газополуменевого та детонаційного напилення. Ви­користовують такі способи газополуменевого нанесення по­рошкових покриттів: напилен­ня з одночасним оплавленням, напилення з наступним оплав­ленням, напилення без оплавлення.

Порошок самофлюсованого сплаву ПГ-10Н-01 слід вико­ристовувати для нанесення покриттів на сталеві та чавунні деталі за значного вмісту в технологічному середовищі абразивних частинок. Максимально допустима робоча температура для покриття становить 700 °С. Покриття можна використовувати для зміцнення та відновлення захисних втулок компресорів і насосів, шийок валів, кулачків, ексцентриків, а також деталей, які працюють в умовах абразивного спрацювання (змішувачів, ланцюгів конвеєрів у цукровому виробництві) та в агресивних техно­логічних середовищах.

Випробування відновлених і зміцнених дета­лей показали, що зносостійкість колінчастих валів збільшилась у 3...5 разів, а стійкість екс­центрикових валів після «холодного» напилення порошком ПГ-19М-01 була в 2...З рази більшою порівняно із серійними із сталі 45.

Для зміцнення плазмовим напиленням можна рекомен­дувати деталі шнек-пресів (шнеки, вали, півмуфти), фризерів (циліндри, ножі), сирних пресів (полиці, траверси), шесте­рінчастих насосів (вали, кришки, деталі торцевих ущільнень), деталі борошновозів (сальникові ущільнення редуктора) і гомогенізаторів (вали), цапфи валів і деталі транспортної сис­теми дифузійних апаратів, опорні ролики хлібопекарських печей, які працюють за температур до 300 °С, великогабаритні вали дискових фільтрів , а також вали цукронасосів для цукробурякових заводів.

На хлібозаводах можна виокремити такі деталі та вузли для захисту і відновлення плазмовими та газополуменевими покриттями: опорні ролики хлібопекарських печей, вали шес­терінчастих насосів, робочі органи тістозмішувачів, робочі органи (вал, поршень, циліндр) тістороздільних машин, вали-шнеки гвинтових насосів.

На макаронних фабриках захисту від спрацювання і від­новленню плазмовим напиленням підлягають шнеки і цилінд­ри пресів макаронного виробництва, сталеві ролики бара­банів, сушарок, алюмінієві напрямні сушарок, деталі дозато­рів борошна на пресах.

Особливо доцільним є використання газотермічного на­пилення для великогабаритних деталей у цукровій промисло­вості: валів і втулок дифузійних апаратів, вакуумапаратів, змішувачів, фільтрів, буряконасосів, відцентрових насосів для перекачування технологічних се­редовищ, пальців бурякоелеваторів і конвеєрів та ін.

У молочній промисловості газотермічним напиленням відновлюють запірні крани, вали і захисні втулки насосів, а також деталі автоматів для фасування молока в багатошарові паперові пакети, пляшкових конвеєрів, пляшкомийних ма­шин, машин розливу та ін.

Серед різноманітних покриттів, які можна застосовува­ти для підвищення довговічності обладнання, поширеними є покриття різними полімерами. У різних галузях харчової промисловості для захисту внутрішніх поверхонь апаратів, трубопроводів, арматури за­стосовують такі покриття: співполімервінілхлоридні, фторо-пластові, поліолефінові, поліуретанові, фенолоформальде-гідні, силіцієорганічні, каучукові, епоксидні тощо. Щоб по­ліпшити властивості покриттів, їх часто використовують із на­повнювачами. Наприклад, покриття на основі пентапласту А, наповнені залізним суриком і оксидом хрому в кількості 0,5...1,5 % за масою, в консервному виробництві застосо­вували для захисту пружин наповнювачів томатної пасти і зеленого горошку, в цукрорафінадному — для деталей авто­матичних ліній пресування швидкорозчинного цукру-рафінаду. На поверхні металевих деталей їх нано­сили напиленням порошку або суспензії. Ці покриття по­казали в 2...5 разів більшу довговічність, ніж, наприклад, хромонікелеві. На пивзаводі заміною чавунних ущільнювальних кілець на золот­никах парового розподілу насоса ПДВ-20/25 на кільця з фторопласту-4Д було досягнуто унеможливлення заклинювання кілець і значного збільшення терміну експлуатації обладнання. У виробництві плавлених сирів було запропоновано виготовляти вихідні решітки подрібнювача сир­ної маси типу МПТ-120 з фторопласту-4Д замість сталі У7, що дало змогу підвищити довговічність подрібню­вача в 10 разів.

У харчовій промисловості для захисту від корозії і спра­цювання деталей конструкційних матеріалів використо­вують різні атмосферо- і хімічностійкі захисні покриття. Особ­ливий інтерес становлять спеціальні покриття, які одночас­но із захисними виконують деякі специфічні функції. Спе­ціальні покриття для харчових виробництв вивчені недос­татньо і праць, присвячених їм, небагато. До таких покриттів належать: фунгіцидні, спеціальні антильодові, термостійкі (вогнестійкі), теплопровідні, електропровідні, нагрівні, ан­тистатичні, світловідбивні, кавітаційно- та ерозійностійкі, зносостійкі, морозостійкі, флуоресцентні, склоемалеві та ін.

Фунгіцидні покриття — надійний спосіб проти пліс­няви і грибів. Покриття застосовують на харчо­вих підприємствах, де його наносять на стіни, стелі та облад­нання. Покриття стійке до миття гарячою водою і механічної дії щіток. Для захисту від сульфатгенеруючих бактерій найбільш придатні епоксидні, епоксикам'яновугільні, вінілові та поліуретанові покриття. Найменшу біопошкоджуваність мають полімерні по­криття з низьким водовбиранням: поліолефінові, поліфтор-етиленові, вінілові, поліакрилатні, силіцієорганічні, феноло-і сечовино-формальдегідні (затвердівають під час нагріван­ня), епоксидні.

Спеціальні антильодові покриття доцільно застосо­вувати у холодильно-компресорних і технологічних цехах харчових та переробних виробництв, обладнаних трубчасти­ми ропними батареями, щоб запобігти покриттю льодом по­верхонь охолодження. До них належать покриття на основі органосилоксанів. Наприклад, покриття ОСМ-61 за кріофобністю у 20 разів перевищує очищену від корозії сталеву по­верхню.

Термостійкі покриття надійно захищають від інтен­сивних корозійних руйнувань збірники гарячого водопос­тачання і трубопроводи. Для таких покриттів використо­вують алкідні, епоксидні, поліуретанові, силіцієорганічні смо­ли, наповнені алюмінієм, цинком, слюдою, тальком, графітом, діоксидом силіцію, оксидом алюмінію. Внутрішні поверхні резервуарів для гарячої води покри­вають полівініліденфторидом, епоксидними смолами, аміно­пластом, наповненим діоксидом титану або силікатом цир­конію і цинку.

Теплопровідні покриття дають змогу не тільки захи­стити машини, агрегати і комунікації від корозійних руйну­вань, а й зберегти потрібний теплообмін у системі «середови­ще—метал—середовище». Якщо потрібно мати протилежний ефект, то застосову­ють теплоізоляційні покриття. Як наповнювачі для них використовують азбест, подрібнену деревину, пластмаси, лігнін.

Електропровідні покриття застосовують для відве­дення з поверхонь деталей і вузлів, що експлуатуються (стрічко­вих конвеєрів, норій, трансмісій), статичної електроенергії. Електропровідність полімерних покриттів підвищують на­повнювачами: міддю, іржостійкими сталями, сажею, колоїдним графітом, графітизованим волокном, технічним вуглецем.

Нагрівні покриття у харчових галузях доцільно вико­ристовувати для зняття снігових «шуб» з поверхонь охоло­дження, обігрівання обмерзлої арматури (ропної, вуглекис­лотної), сушіння трапів і перехідних драбин в умовах пос­тійної вологості, підігрівання лабораторного посуду і водо­провідних труб. Нагрівними є електропровідні покриття, до яких підводиться струм малої і безпечної напруги, внас­лідок чого поверхня нагрівається.

Світловідбивні покриття застосовують на харчових підприємствах для захисту від інтенсивного нагрівання сонячними променями конденсаторів, ресиверів, трубопро­водів охолоджувальної води, металоконструкцій градирен, дахів бродильно-лагерних та інших охолоджуваних цехів. Покриття білого кольору знижують ступінь нагрівання мета­левих поверхонь у 1,5 раза (порівняно з непокритим мета­лом) і в 2 рази (порівняно з аналогічними покриттями чор­ного кольору). Застосування світловідбивних покриттів для захисту дахів бродильно-лагерного цеху пивобезалко­гольного комбінату дало можливість, незважаючи на високі температури весняно-літнього періоду, забезпечити в ньому належну температуру (1...7 °С).

Кавітаційно- та ерозійностійкі покриття підви­щують експлуатаційну надійність вентиляторів, димососів, насосів харчових виробництв, які працюють в умовах еро­зійних руйнувань і кавітаційної дії середовищ. До них належать співполімервінілхлоридні (ХС-4) і епоксиднокаучукові (ЕП-73, ЕП-917) емалі.