5.6. Відновлення поверхонь деталей нанесенням покриттів методом детонації

При відновленні деталей методом детонаційного нанесення покриттів , перш за все, вирішується завдання підбору матеріалу покриттів, що володіє необхідними механічними властивостями - пластичністю, твердістю поверхні, міцністю зчеплення з матеріалом основної деталі - а також властивостями антифрикційності і зносостійкості. Такими властивостями володіють покриття з композитів КХН (кобальт, хром, нікель), НАС (нікель, алюміній силіцій). Хімічний склад детонаційних покриттів, їх деякі фізико-механічні характеристики наведені в табл. 5.10.

Нанесення детонаційних покриттів випробовувалось на установці «Дніпро-3» за технологією, розробленою в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАНУ (м.Київ). Як матеріал для детонаційних покриттів КХН і НАС використовувалися порошки нікелю марки ПНЕ-1 ГОСТ 9722-79, кобальту марки ПК-1 ГОСТ 9721-75, алюмінію марки ПА-1 гост 9719-75, силіцій марки ПСЕ-1 ГОСТ 9722-16 -79, хрому марки ПХ-1 ГОСТ 9741-75 і т.п. Гранулометричний склад частинок - 40 ... 60 мкм - 73%; 10 ... 40 мкм - 21%; менше 10 мкм - 6%. Порошок типу КХН і НАС є найбільш вдалими поєднаннями кобальту, хрому, нікелю, алюмінію силіцію за механічними властивостями і характеристиками антифрекційнності і зносостійкості.

Установка працює з частотою до 2 ... 10 пострілів в секунду. Транспортує порошкову суміш газ - азот, робоча газова суміш в камері згоряння - ацетилен або пропан-бутан з киснем, в співвідношенні 1: 1,2. Ступінь заповнення ствола установки при нанесенні покриттів на основі порошків НАС і КХН - відповідно β = 0,49 і β = 0,61.

Таблиця 5.10 - Хімічний склад і фізико-механічні характеристики деяких детонаційних покриттів

Марка	Хімічний склад, масова частка %	Розмір частинок мкм	Температура плавленняС	Твер дістьHRC	Область застосування при відновленні деталей машин
1	2	3	4	5	6
ПН70Ю30	Ni -основа, Al - 28 ... 33, Fe - 0,2	10 ...100	1600	40	Стійкий, жаростойкое, працює в окислювальному середовищі при температурах до 1500 ◦С, стійке в лугах, міцність на відрив зі сталлю - до 3,5 МПа. Для термічного обладнання.
ПН85Ю15	Ni -основа, Al - 12 ... 15, Fe - 0,2	20 ...160	1400	40	Стійкий, жаростойкое, працює в окислювальному середовищі при температурах до 1300◦С, стійке в лугах, Міцність на відрив зі сталлю - до 4,5 МПа. Добре шліфується. Для посадочних місць валів.
ПН55Т45	Ni -основа, Ti - 43 ... 47, Fe - 0,2	10 ... 160	1240	55 ... 60 без термообработки	Стійке в умовах відсутності ударних навантажень. Міцність на відрив зі сталлю - до 5 МПа. Стійке в лужному і кислому середовищах. Для втулок і валів гідромашин, плунжеров, штоків.
КХН	Ni -основа, Cr - 10, Co - 19	10 ...100	1500	65	Високо зносостійкі і жароміцні. Міцність на відрив зі сталлю - до 12 МПа. Антифрикційні. Для відновлення деталей вузлів тертя.
НАС	Ni -основа, Al - 12, Si – 6	10 ... 100	1460	70	Високо зносостійкі і жароміцні. Міцність на відрив зі сталлю - до 12 МПа. Високо антифрикційні. Для відновлення деталей вузлів тертя.

Рисунок 5.31 - Параметри детонаційного напилення частинок порошку НАС: 1 - Ni; 2 - Al; 3 - Si. v - швидкість польоту частинок, (м / с); Tч - температура частинок (˚K); l - відстань до напилювальної поверхні, (м).

Параметри детонаційного напилення порошків, швидкість і температура часток наведені на рис. 5.31, 5.32. Так як розрахунок температур, швидкості польоту частинок порошків і їх стовбурні параметри, визначаються методом машинного моделювання за методикою інституту проблем матеріалознавства НАН України, то для практичних цілей відновлення деталей використовують стандартні технології, що подаються при купівлі обладнання для нанесення покриттів на типові деталі.

Перед нанесенням детонаційних покриттів поверхню деталі обробляється до необхідного рівня шорсткості . Вона може піддаватися також струменево-абразивної обробки з розміром частинок 65...125 мкм. Після обробки поверхні її геометрія перевіряється на визначення необхідного рівня шорсткості. Відстань від зрізу ствола установки до оброблюваної поверхні становить 150...250 мм, в залежності від розмірів деталі. Після нанесення покриттів деталь шліфують, після чого якість покриття контролюється профілометром, а також з метою перевірки на наявність тріщин, сколів і відшарувань оптичної мікроскопії або рентгеноспектральним аналізом. Міцність зчеплення покриття з матеріалом підкладки і мікротвердість визначаються за стандартними методиками.

Рисунок 5.32 - Параметри процесу детонаційного напилення частинок порошку КХН: 1 - Co; 2 - Cr; 3 - Ni. V - швидкість польоту частинок, (м / с); Tч - температура частинок, (◦K); l - відстань до напиленої поверхні (м)

На рис. 5.32 приведена схема відновлення поршня за допомогою детонаційного покриття НАС. Поршень виготовлений з легованої сталі 38ХМЮА. Модуль пружності і коефіцієнт Пуассона для цього матеріалу відповідно рівні E1 = 2,1 ∙ 105 МПа, υ = 0,3. Відновлення проводилося відповідно до рекомендацій ОКТБ Інституту проблем матеріалознавства НАН України (м.Київ). Зношена поверхня поршня була розточена до величин шорсткості 0,2 мм, після чого піддана струменево-абразивної обробки з розміром зерна 80 мкм при тиску стисненого повітря 3,5 атмосфери. Після струменево-абразивної обробки, деталь була обдута сухим стисненим повітрям і знежирена. Частота пострілів становила 2,5 пострілу в секунду. Транспортуюча газова суміш - ацетилен і кисень в співвідношенні 1:1,2.

Рисунок 5.33 - Схема відновлення штоку гідроциліндра рульового керування

детонаційним покриттям НАС

Товщина покриттів НАС і КХН, нанесених на поверхню відновлюваного штоку склала 220 мкм відповідно до заданого припуску. Після шліфування штоку проводилася його притирання з блоком циліндрів.