6. Влияние технологии восстановления на эксплуатационные характеристики деталей

6.1. Методика исследований

Акцент в работе сделан на восстановление деталей хромированием без предварительной и последующей механической обработки с получением герметичных и пористых покрытий.

Образцы для исследований изготавливались из стали 30 ХГСА ТУ 14-1-950-74. Наружный диаметр образцов составлял 45 мм, длина 60 – 80 мм. Образцы подвергались предварительной обработке, имитирующей износ деталей в процессе эксплуатации. Все образцы, подвергаемые восстановлению методом ГКО, имели разной величины пространственные отклонения формы поверхности, такие как конусность, эллипсность, овальность и т.д.

Восстановительные покрытия осаждались в стандартном электролите хромирования, содержащем 200 – 250 г/л CrO₃ и 2,0 – 2,5 г/л H₂SO₄, т.к. он наиболее широко применяется в ремонтном производстве.

Для проведения экспериментальных исследований электролит готовился на дистиллированной воде. Плотность электролита измерялась ареометром, кислотность метромиливольтметром модели рН – 121.

Температура электролита поддерживалась с точностью 1К при помощи термометра ТПП – 11 ГОСТ 13717 – 74 и контролировалась термометром ТН – 5 ГОСТ 400 – 80 с ценой деления шкалы 0,2 К.

6.2. Исследование коррозионной стойкости покрытия

Литературные данные свидетельствуют о том, что основной причиной коррозии металлов под гальваническими покрытиями является наличие глубоких пор в осадке, доходящим до основного металла. [73; 90] В связи с этим исследования проводились на образцах, восстановленных по разным технологиям. Серия1 – образцы, восстановленные по стандартной технологии. Серия2 – образцы, восстановленные по технологии ГМО на режимах, обеспечивающих получение беспористых хромовых покрытий [22; 24; 26; 85]. Серия3 – образцы, восстановленные по технологии ГКО на режимах, обеспечивающих получение беспористых хромовых покрытий. Толщина покрытий в обеих сериях составляла 250 мкм. Результаты экспериментов представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Сравнительные испытания коррозионной стойкости

№ серии	Результат испытаний
Серия 1 Серия 2 Серия 3	Следы коррозии на основном металле проявились через 16 дней после начала испытаний. Коррозия не обнаружена через 118 дней испытаний Коррозия не обнаружена через 118 дней испытаний

Подводя итоги проведенных экспериментов, которые полностью подтверждают теорию о первостепенности влияния пористости покрытия на его коррозионную стойкость, описанную в работах [66; 68; 73; 85; 88; 104; 112], можно утверждать, что метод ГКО, рекомендованный для восстановления деталей гальваническими покрытиями не уступает новейшим достижениям технологии в этой области.

6.3. Исследование износостойкости покрытий

Износ — это нежелательное изменение поверхности предмета вследствие отрыва от нее мельчайших частиц. Отрыв частиц может произойти по причинам чисто механического порядка, но часто, в особенности на металлических парах, одновременно с механическими нагрузками наблюдаются также и химические реакции между трущимися парами или с окружающей средой.

Мерой износа обычно является убыль материала в результате испытания (истирание), определяемая взвешиванием. Такие испытания называют испытаниями на истирание. Иногда износ характеризуют изменением состояния поверхности, которое может быть определено с помощью специального прибора. В некоторых случаях пользуются другими измерителями (например, продолжительностью испытания или количеством шлифовального материала, необходимого для достижения определенного состояния поверхности). Эти измерители представляют собой, конечно, не абсолютную меру износа образца, а только сравнительные величины.

В большей степени, для испытания на истирание может быть рекомендован прибор, основным элементом которого является латунный барабан с натянутым на него наждачным полотном для испытания твердых покрытий. Вместо наждачного полотна иногда можно применять бумагу (чертежную), которая обладает высокими абразивными свойствами. Образец закрепляется в патроне рычага, который лежит на барабане под нагрузкой. Через каждые 50 или 100 оборотов образец приподнимают и охлаждают. Установка снабжена устройством, обеспечивающим возвратно-поступательное движение образца. Трущаяся пара представляет собой стальной или латунный диск диаметром около 40 мм с нанесенным на него покрытием, который перемещается по неподвижной плоскопараллельной пластине. Пластина в случае необходимости изготавливается из соответствующего материала. В наших исследованиях имитировалась износостойкость с бронзовой поверхностью. В качестве нагрузки на образец используется съемная гиря. Одновременно истирается несколько образцов. Мерой износоустойчивости покрытия является толщина удаленного покрытия в единицу времени, выражаемая обычно в мкм/мин.

Большинство трущихся деталей гидропневмоаппаратуры работает в условиях высоких удельных нагрузок, малых скоростей скольжения и низких температур поверхностей трения.

В этих случаях отсутствуют какие-либо структурные изменения, перенос материала с одной поверхности на другую. Износ обусловлен в основном, абразивным воздействием частиц в случае не хромированной стали. В случае применения одной из сопрягаемых деталей с хромовым покрытием износ наблюдается в основном на детали с меньшей твердостью. На детали с хромовым покрытием отсутствуют риски от абразивных частиц и следы от задиров, а износ деталей невелик.

Для испытаний на износоустойчивость были взяты образцы, восстановленные по стандартной технологии гальваническим хромированием (серия1), по технологии ГМО (серия2) и по технологии ГКО (серия3). Характеристики восстановленных образцов и покрытий приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Характеристики восстановленных образцов

№ серии	Шероховатость Ra, мкм	Микротвердость HV, МПа	Толщина покрытия, мкм	Наличие сетки трещин в покрытии
Серия1	0,1 – 0,16	9800 - 10500	200 - 250	присутствует
Серия2	0,04 – 0,05	9800 - 10200	200 - 250	отсутствует
Серия3	0,04 – 0,06	10420 - 11500	200 - 250	отсутствует

В каждой серки обрабатывались 4 штока. В результате сравнительных испытаний натурной типовой конструкции узла трения выяснилось, что при базе погружения N = 3,6  10⁴ колебаний вид зависимостей и величина коэффициентов трения для различных нагрузок совпадают.

Механизм изнашивания был изучен в работах [77; 85]. Цикл механизма изнашивания повторяется многократно. Интенсивность изнашивания исследуемых пар при разных удельных нагрузках на базе N = 1 10⁶ колебаний представлена в таблице 6.3.

Для возможности проведения сравнительного анализа износостойкости покрытий, полученных по разным технологиям, исследования были проведены на режимах проверки износостойкости, опубликованных в [77].

Из анализа данных, приведенных в табл. 6.3.следует, что с увеличением удельных нагрузок интенсивность изнашивания увеличивается. Видно, что при повышенных значениях удельных нагрузок (Р  Р_кр ) интенсивность изнашивания исследуемой пары трения несколько ниже, чем серийной пары трения и пары, с покрытием по методу ГМХ, а при пониженных значениях удельных нагрузок наблюдается обратное явление. Однако, несмотря на неизменную качественную динамику процесса, подробно изученную в [77; 85] количественная характеристика процесса несколько изменилась в сторону увеличения износостойкости по сравнению с методом гальвано механического осаждения. Объясняется это видимо особой структурой получаемого покрытия.

Таблица 6.3

Сравнительные испытания на износостойкость

Нагрузка на узел трения, МПа	Интенсивность износа, мкм/мин
	Стандартный узел трения	Узел трения по технологии гальваномеханического хромирования	Узел трения по технологии гальваноконтактного хромирования
18,8 42,3	0,00143-0,00237 0,00720-0,04350	0,00405-0,00453 0,01370-0,01590	0,00401- 0,00417 0,01120-0,00926

Уточнен механизм износостойкости хромированных сталей, восстановленных стандартным гальваническим методом, методом гальвано механического хромирования (ГХМ) и методом нанесения хрома гальвано контактным осаждением (ГКО), работающих в паре с бронзами в тяжело нагруженных узлах трения: вид износа и несущая способность изделий совпадают с аналогичными серийными парами. При этом с увеличением удельных нагрузок в обоих случаях интенсивность изнашивания увеличивается, однако в случае ГКО в меньшей степени.