WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Pages:   || 2 |

«1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1. Вид деятельности выпускника Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к виду деятельности выпускника: ...»

-- [ Страница 1 ] --

1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине

1.1. Вид деятельности выпускника

Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к виду деятельности выпускника:

производственно-технологическая;

организационно-управленческой

научно-исследовательская и педагогическая деятельность

проектно – конструкторская

1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника

В дисциплине рассматриваются указанные в ФГОС задачи профессиональной деятельности выпускника:

производственно-технологическая:

обеспечение технологичности изделий и процессов изготовления изделий машиностроения;

осуществление технического контроля и управление качеством при проектировании, изготовлении, испытаниях, эксплуатации, утилизации технических изделий и систем организационно-управленческой:

поиск оптимальных решений при создании продукции с учетом требований качества надежности и стоимости, а также сроков исполнения, безопасности жизнедеятельности и экологических нарушений проектно – конструкторская:

разработка перспективных конструкций научно-исследовательская и педагогическая деятельность постановка, планирование и проведение научно-исследовательских работ теоретического и прикладного характера в объектах сферы профессиональной деятельности.

1.3. Перечень компетенций, установленных ФГОС Освоение программы настоящей дисциплины позволит сформировать у обучающегося следующие компетенции:

способность выбирать оптимальные решения при создании продукции с учетом требований качества, надежности и стоимости, а также сроков исполнения, безопасности жизнедеятельности и экологической чистоты ПК– 8.

1.4. Перечень умений и знаний, установленных ФГОС Студент после освоения программы настоящей дисциплины должен:

уметь: применять новые конструкционные материалы при разработке технологических процессов в машиностроительном производстве;

знать: проблемы технологии машиностроения, новые конструкционные материалы, современные методы проведения научно-технических работ;

владеть: навыками разработки элементов новых технологических процессов в машиностроительном производстве.

2. Цели и задачи освоения программы дисциплины Целью настоящего курса является формирование у студентов знаний о трении, износе, мерах по их уменьшению и методах поверхностного упрочнения деталей.

Задачи изучения дисциплины: научить студентов исходя из условий работы деталей, вида изнашивания и с учётом свариваемости металлов выбирать оптимальные технологии их упрочнения.

3. Место дисциплины в структуре ООП Для изучения дисциплины, необходимо освоения содержания дисциплин:

Из курса "Физика" используются знания основы молекулярной физики и термодинамики; законов диффузии, теплопроводности и др.; элементы физики твердого тела.

Из курса "Химия" используются основные сведения о строении атомов;

периодическая система Д.И. Менделеева; типы связей в твердых телах; энергетика химических процессов; теория коррозии металлов.

Из курса «Материаловедение» используются сведения о различных группах материалов, влиянии процессов кристаллизации, деформирования и термообработки на структуру и свойства материалов.

Из курса «Детали машин» используются сведения об условиях работы фрикционных передач, зубчатых передач, червячных, ременных, цепных передач, подшипников скольжения и качения.

Знания и умения, приобретаемые студентами после освоения содержания дисциплины, будут использоваться в производственной деятельности 4. Компетенции обучающегося, формируемые освоения дисциплины (результаты освоения дисциплины) В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

уметь: выбирать материалы для изделий в зависимости от условий изнашивания, назначать оптимальный способ поверхностного упрочнения для конкретных условий эксплуатации знать: группы износостойких, антифрикционных и фрикционных материалов, способы повышения износостойкости поверхностей деталей и узлов машин владеть: методикой подбора материалов для пар трибосопряжений, методикой оценки износостойкости.

5. Основная структура дисциплины.

Таблица Вид учебной работы Всего часов Семестр Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия, в том числе: практические занятия Самостоятельная работа Вид итогового контроля зачет 6.Содержание дисциплины 6.1. Перечень основных разделов и тем дисциплины Виды трения и изнашивания. Трение без смазки. Граничное и жидкостное трение. Абразивное, гидро- и газоабразивное, усталостное, кавитационное, эрозионное изнашивание. Истирание, выкрашивание. Материалы деталей трибосопряжений и узлов трения, их применение. Чугуны, стали, антифрикционные сплавы цветных металлов. Выбор методов упрочнения. Выбор толщины упрочненного слоя. Способы борьбы с абразивным изнашиванием. Применение смазки, защита от абразивных частиц. Методы поверхностного упрочнения, осуществляемые нанесением дополнительного слоя на рабочие поверхности. Наплавка угольным электродом. Наплавка покрытыми электродами. Газопламенная наплавка. Напыление, гальванические полиметаллические покрытия. Газопламенное и электродуговое напыление. Гальванические покрытия. Полимер - металлические покрытия. Тонкопленочные покрытия. Поверхностная закалка. Закалка токами высокой частоты. Газопламенная закалка. Нагрев лазером. Поверхностно-пластическое деформирование (ППД). Дробеструйная обработка и обработка роликами. Поверхностная химико-термическая обработка. Цементация. Азотирование. Цианирование. Диффузионная металлизация. Борирование. Обработка упрочненных поверхностей. Плазменно-механическая обработка. Электрохимическое шлифование. Электроэрозионная обработка. Выбор сочетаний материалов фрикционных пар. Влияние трудоемкости механической обработки на выбор методов упрочнения. Экономическая эффективность упрочнения.





6.2. Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем дисциплины Основные понятия. Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин. В некоторых странах, в том числе и России, вместо термина триботехника употребляют термины трибология и трибоника. Название научной дисциплины трибология образовано от греческих слов «трибос» - трение и «логос» - наука. Она охватывает теоретические и экспериментальные исследования физических (механических, электрических, магнитных, тепловых), химических, биологических и других явлений, связанных с трением, изнашиванием и смазкой. Как наука, трибология имеет научно-технические разделы: трибофизику, трибохимию, триботехническое материаловедение, трибомеханику, трибоинформатику и др.

Внешнее трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.

Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.

Смазка – действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

Антифрикционные материалы – материалы, используемые для работы в несущих или направляющих узлах трения (подшипниках скольжения, радиальных и торцовых уплотнениях).

Фрикционные материалы – материалы, предназначенные или используемые для работы в узлах трения, передающих или рассеивающих кинетическую энергию движущихся масс (в тормозах, муфтах, сцеплениях, демпферах, вариаторах и др.).

Присадка – вещество, добавляемое к смазочному материалу для придания ему новых свойств или усиления существующих.

Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Под трением (внешним) понимают сопротивление относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним. Уменьшение потерь на трение и снижение износа рабочих поверхностей деталей - основное назначение смазочных материалов.

По характеру взаимного перемещения трущихся поверхностей деталей различают трение покоя (трение двух тел при предварительном их смещении) и трение движения (трение двух тел, находящихся в относительном Трение движения, в свою очередь, по характеру движения движении).

делится на трение скольжения и трение качения, а по наличию (отсутствию) смазочного материала - на трение без смазки, граничное и жидкостное.

Трение скольжения возникает при движении соприкасающихся тел, у которых скорости в точках касания различны. Согласно формуле Амонтона, сила трения скольжения F зависит от коэффициента трения f и величины нормальной нагрузки Р:

где: f - коэффициент трения, значение которого зависит от вида трущихся материалов и качества обработки их поверхностей. В среднем коэффициент трения составляет 0,1-0,8, а при трении меди по меди - 1,3.

При трении качения скорости тел в точках касания одинаковы по величине и направлению. Трение качения с проскальзыванием возникает при одновременном качении и скольжении соприкасающихся тел. Сила трения качения примерно на порядок меньше силы трения скольжения несмазанных поверхностей. Это свойство используется в подшипниках качения (шарик или ролик соприкасаются с поверхностью в точке или по линии). Однако такие подшипники удается применить не везде, кроме того, в реальных механизмах преобладает трение с проскальзыванием, что значительно увеличивает коэффициент трения.

Трение без смазки возникает при отсутствии на поверхностях трения тел специально введенного смазочного материала. При трении без смазки дополнительная энергия тратится на преодоление:

• взаимного механического зацепления неровностей (шероховатостей) трущихся поверхностей при их относительном перемещении;

• сил межмолекулярного притяжения;

• явления сваривания отдельных острых выступов поверхностей трущихся пар в условиях высоких удельных давлений и значительного выделения тепла.

При жидкостном трении смазочный слой полностью отделяет взаимоперемещающиеся рабочие поверхности одну от другой и имеет толщину, при которой проявляются нормальные объемные свойства масла.

Коэффициент граничного трения составляет 0,08-0,15. Режим граничного трения очень неустойчив и характеризует предел работоспособности узла трения. Если граничный слой разрушается, а нагрузка превышает силы сцепления смазочного материала с рабочей поверхностью детали, то в месте контакта возникает сухое трение и, как следствие, задиры, заклинивания и другие аварийные повреждения деталей (например, выплавление антифрикционного слоя вкладышей коленчатого вала).

Граничное трение возникает в случае, когда поверхности трения разделены слоем смазки малой толщины (менее 0,1 мкм), не превышающем высоты микро - неровностей (шероховатости) поверхности. При этом величина силы трения зависит от природы и состояния трущихся поверхностей.

Толщина и прочность граничного слоя масла при трении рабочих поверхностей деталей двигателя зависит от химического состава масла и входящих в него присадок, химической структуры деталей (например, баббитовые или алюминиевые вкладыши коленчатого вала) и состояния поверхности трения (шлифование или суперфиниширование). При этом работоспособность граничного слоя масла не зависит от его вязкости, а определяется взаимодействием молекулярной пленки масла с трущейся поверхностью металла. Возникающие молекулярные пленки масла бывают физического (адсорбция) или химического (хемосорбция) происхождения.

Образование смазочных пленок силами адсорбции обусловлено наличием смазочных материалах поверхностно - активных веществ (ПАВ), несущих электрический заряд. К таким веществам относятся соединения, содержащие карбоксильные группы, спирты, различные эфиры, смолы, сернистые соединения Смазочные материалы, содержащие ПАВ, обладают способностью адсорбироваться на поверхностях раздела двух сред: жидкости и твердого тела. Способность смазочных материалов, содержащих ПАВ, образовывать на смазываемых поверхностях достаточно прочные слои ориентированных молекул, называют маслянистостью или смазывающей способностью масел. В некоторые масла для улучшения их смазывающей способности вводят противоизносные и противозадирные присадки.

Хемосорбированные пленки - устойчивые химические пленки фосфатов, хлоридов или сульфидов - создаются на поверхности металла благодаря присутствию в смазочных материалах соответствующих химических элементов. Большая скорость образования этих пленок обеспечивает их быстрое восстановление в местах разрушения граничного слоя. К пленкам этого типа относят также различные мыла, которые образуются из органических кислот, содержащихся в масле.

Адсорбированные и хемосорбированные пленки, обладая определенной прочностью и стойкостью, защищают поверхности трения от механических и тепловых воздействий, препятствуют взаимной адгезии трущихся поверхностей.

Коэффициент жидкостного трения находится в пределах 0,003-0,03, что в 50раз меньше, чем при трении без смазки. Сила трения при этом виде смазки зависит только от трения внутренних слоев в смазочном материале.

Устойчивость смазочного слоя, необходимого для жидкостного трения, зависит от следующих факторов: конструкции узла трения; скорости взаимного перемещения трущихся поверхностей; величины и равномерности распределения нагрузки на трущиеся поверхности; равномерности распределения нагрузки на трущиеся поверхности; вязкости смазочного материала;

площади трущихся поверхностей; величины зазора между трущимися поверхностями; температурного состояния узла трения и др.

Рассмотрим механизм образования масляного клина (слоя) в коренном подшипнике коленчатого вала при пуске двигателя. Вращаясь в подшипнике скольжения, вал увлекает находящееся в зазоре масло, и там, где величина зазора hmменьше, возникает давление, под действием которого вал «всплывает» в заполняющем зазор масляном слое. С увеличением частоты вращения коленчатого вала «клиновое действие» масляного слоя возрастает, увеличивается величина hn и шейка вала стремится занять центральное положение в подшипнике. Минимальная толщина масляного слоя hmзависит от конструкции подшипника скольжения (наличия упорных буртиков, сальниковых уплотнений и других элементов), абсолютной вязкости масла, скорости перемещения трущихся поверхностей и величины давления на трущиеся поверхности. Должна соблюдаться закономерность:

где: 1и 2 — максимальные высоты выступов на поверхностях трения.

Для любых пар трущихся поверхностей вязкость масла должна быть наименьшей, но в то же время обеспечивающей жидкостное трение. Так, для подшипника скольжения коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания кинематическая вязкость должна быть не менее 4-5 мм2/ с.

Полужидкостное трение возникает при пуске и остановке двигателя, высоких рабочих температурах и нагрузках, недостаточной вязкости масла и его подаче, а также при попадании в масло абразивных механических примесей. В этих ситуациях масла в зазоре между трущимися парами может оказаться недостаточно для обеспечения жидкостного трения, масляный слой частично разрушен, в результате чего в отдельных местах соприкосновения трущихся поверхностей возникает граничное или сухое трение. Если масло обладает высокой смазывающей способностью, только это и позволяет максимально уменьшить трение и износ, а также предотвратить заклинивание трущихся деталей.

Изнашивание - это процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердой детали накопления в ней остаточной деформации или постепенного изменения ее размеров или формы поверхностей под воздействием трения. Количественной мерой оценки изнашивания является износ, который может выражаться в единицах длины, массы (поршневые кольца) или объема.

Различают скорость изнашивания и интенсивность изнашивания. Скорость изнашивания определяют как отношение значения износа к интервалу времени, в течение которого он возник, а интенсивность изнашивания - как отношение значения износа к величине расстояния (пробега, измеряемого в км), на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы (т / км, м3 и т. д.).

По характеру разрушения деталей различают следующие виды изнашивания: механическое, молекулярно - механическое и коррозионномеханическое.

Механическое изнашивание, возникающее в результате механических воздействий, подразделяется на абразивное, гидроабразивное, газоабразивное, усталостное, эрозионное и кавитационное.

Абразивное изнашивание становится результатом режущего или царапающего воздействия на поверхности трения относительно более твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Даже незначительное количество абразивных частиц ведет к очень быстрому изнашиванию трущихся поверхностей деталей автомобиля (например, песок, попавший в тормозные барабаны или картер сцепления).

Гидроабразивное изнашивание, как и газоабразивное, — результат воздействия на детали твердых частиц, увлекаемых, соответственно, жидкостью или газом. Такие загрязнения, как твердые продукты износа, частицы нагара, пыль и другие, попадая в двигатель, вызывают интенсивное изнашивание поверхностей пения деталей, систем смазки и питания.

Усталостное изнашивание — следствие повторного деформирования микро объемов материала, из - за которого возникают трещины и происходит отделение частиц. Усталостное изнашивание может происходить как при трении качения (галтели поворотного кулака балки переднего моста автомобиля), так и при трении скольжения (галтели коленчатого вала двигателя).

Эрозионное изнашивание наблюдается при воздействии на поверхность трения жидкости или газа. Наиболее часто этот вид изнашивания встречается на поверхностях деталей охлаждающей и выпускной систем двигателя. Разновидностью эрозионного изнашивания является электроэрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока. Наиболее часто от электроэрозионного изнашивания страдают (подгорают) контакты замка зажигания, прерывателя - распределителя, тягового реле стартера, электропривода насоса охлаждающей жидкости и т. п.

Кавитационное изнашивание возникает в условиях кавитации - процесса «охлопывания» пузырьков газа вблизи поверхности трения, создающего местное повышение давления или температуры. При кавитационном изнашивании наружные поверхности гильз цилиндров двигателя покрываются кратерами или вырывами, образовавшимися от разрывов пузырьков.

Молекулярно - механическое изнашивание (изнашивание при заклинивании) является результатом совместного действия механического изнашивания с молекулярными или атомными силами. В этом случае происходит глубинное вырывание материала, местное соединение (схватывание) двух твердых тел, перенос металла с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность.

Коррозионно - механическое изнашивание возникает в результате механического воздействия на трущиеся поверхности, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Коррозионные разрушения в этом случае развиваются при воздействии на трущиеся поверхности таких агрессивных веществ, как химически активные газы, кислотные примеси смазочных материалов и др. При этом изнашивание вызывается главным образом химической реакцией материала поверхности трения с кислородом или окисляющей окружающей средой (пример - окисление выводов аккумуляторной батареи).

На возникновение, какого - либо вида изнашивания и повышение его интенсивности влияют:

•свойства материалов поверхностей трения деталей (баббит, алюминий, закаленная сталь и др.);

• свойства и качества смазочных материалов;

• способы подвода смазки к трущимся поверхностям (разбрызгиванием, под давлением, самотеком);

•давление и место подачи смазочного материала к трущимся поверхностям (расположение масляного канала относительно трущихся поверхностей);

• форма и размеры поверхностных неровностей (шероховатость) и трущихся поверхностей (овальность, конусность);

•характер приложения нагрузки (динамический, статический, знакопеременный);

•скорость относительного перемещения трущихся тел и ее изменение во времени (разгон автомобиля, торможение двигателем);

• температурный режим работы двигателя и, как следствие, пары трения;

• присутствие механических и химических примесей, влаги в месте контакта и полнота удаления продуктов изнашивания из зоны трения;

• качество топлива;

• режим работы и климатические условия эксплуатации автомобиля и др.

Элементарные виды разрушения поверхностей трения:

микрорезание - твердая частица арзива или продукта изнашивания может произвести микрорезание материала с образованием микростружки;

царапание – образовавшаяся или появившаяся на поверхности трения частица при скольжении перемещает в стороны и подминает материал, оставляя царапину;

отслаивание – материал при пластическом течении может оттесняться в сторону от поверхности трения и после исчерпания способности к дальнейшему течению отслаиваться;

выкрашивание – это вид повреждения рабочих поверхностей в условиях качения. Для выкрашивания характерна произвольная форма ямок с рваными краями;

глубинное вырывание – возникает при относительном движении тел, когда образовавшейся вследствие их молекулярного взаимодействия спай прочнее одного или обоих материалов.

Смазывание поверхностей трения деталей машин необходимо для уменьшения силы трения, интенсивности изнашивания и нагревания деталей, а также для предохранения поверхностей от коррозии во время остановки машины. Смазочные материалы могут быть жидкие (масла, вода, серная кислота высокой концентрации в некоторых машинах химической промышленности и другие жидкости), в виде эмульсии, газообразные, пластичные и твердые (тальк, графит, дисульфид молибдена и др.) Усталостное выкрашивание наблюдается при пониженной контактной прочности материалов или высоких контактных напряжениях на рабочих поверхностях зубчатых колес, подшипников качения бандажей, крановых колес, рельсов и т. д.

Усталостное выкрашивание само по себе иногда является лишь косвенным фактором, способствующим полному разрушению. Так, вследствие выкрашивания материала может произойти заклинивание отдельных деталей, целых узлов и их разрушение. Участки с усталостным выкрашиванием могут явиться очагом зарождения усталостного разрушения, которое в данном случае также называют контактной усталостью в соответствии с характером первичного повреждения.

Контактное усталостное выкрашивание с последующим развитием усталостного разрушения по сечению детали наблюдается в таких деталях, как подшипники качения и скольжения, на зубьях шестерен, в кулачковых шайбах, ушковых и замковых соединениях и пр. Одним из сложных по условиям работы узлов является замковое соединение лопаток с дисками в различных компрессорах и турбинах. Наблюдения показывают, что процессы коррозии трения существенно влияют на эксплуатационные повреждения и разрушения этих узлов. Коррозия трения зависит от многих факторов, в том числе конструктивных: вида сопряжения выступа диска с замком лопатки, угла наклона контактной границы хвостовика лопатки, величины статической нагрузки и пр.

Эти материалы предназначены для таких изделий массового производства, как подшипники качения и зубчатые колеса. Усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напряжения сжатия. Они создают в поверхностном слое мягкое напряженное состояние, которое облегчает пластическое деформирование поверхностного слоя деталей и, как следствие, развитие в нем процессов усталости. В связи с этим высокая контактная выносливость может быть обеспечена лишь при высокой твердости поверхности, необходимой также для затруднения истирания контактных поверхностей при их проскальзывании.

Подшипники качения работают в условиях качения шариков (или роликов) по наружному и внутреннему кольцам. Наиболее часто причиной отказа подшипников являются излом, разрушение тел качения и рабочих поверхностей колец, а также усталостное выкрашивание рабочих поверхностей элементов подшипника.

Методы поверхностного упрочнения, осуществляемые нанесением дополнительного слоя на рабочие поверхности.

Плазменная наплавка является современным способом нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность при изготовлении и восстановления изношенных деталей машин. Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов, световых квантов и др.

При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при давлении в 2 - 3 атмосферы, возбуждается электрическая дуга силой 400 - 500 А и напряжением 120 - 160 В. Ионизированный газ достигает температуры 10000 С, а скорость потока - до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках - плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод.

В зависимости от компоновки различают:

открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема для резки металла и для нанесения покрытий;

закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 - 30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т.к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыливания порошков.

Плазменную наплавку металла можно реализовать двумя способами:

струя газа захватывает и подает порошок на поверхность детали;

в плазменную струю вводится присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты. В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий, азот, кислород, водород и воздух. Наилучшие результаты наплавки получаются с аргоном и гелием.

Достоинствами плазменной наплавки являются:

высокая концентрация тепловой мощности и минимальная ширина зоны термического влияния.

возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких миллиметров.

возможность наплавления различных износостойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь.

возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.

относительно высокий кпд дуги (0,2 – 0,45).

малое (по сравнению с другими видами наплавки) перемешивание наплавляемого материала с основой, что позволяет достичь необходимых характеристик покрытий.

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно, чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т.к. при этом соединение происходит без металлургического процесса, поэтому посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка) и обезжиривание. Мощность электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

Плазменная наплавка широко применяется для защиты от высокотемпературного износа формокомплектов стекольной промышленности, для защиты от коррозии и износа деталей запорной и запорно-регулирующей арматуры, для упрочнения поверхности деталей, работающих при высоких нагрузках.

Газопламенная наплавка. Этот вид наплавки применяется наряду с электродуговыми методами наплавки. Но по сравнению с последними газопламенная наплавка имеет более низкую производительность. Положительным качеством этой наплавки является то, что она позволяет гибко и независимо регулировать нагрев основного и присадочного металла. Применяется газопламенная наплавка в основном для наплавки латуни, черных металлов и твердых сплавов на сталь и чугун.

Данный способ позволяет применять наряду с ацетиленом также такие газы-заменители, как бутан, пропан, природный газ. При наплавке латуни на сталь и чугун обязательно применение флюса.

Поверхность детали, подвергаемой наплавке, должна быть предварительно механически обработана. Наплавка может быть однослойной или многослойной.

Техника наплавки при использовании порошкообразного или газообразного флюса имеет свои отличительные особенности.

При применении порошкообразного флюса, деталь нагревается до 950°С. Если наплавка будет производиться на крупногабаритную деталь, то последняя должна быть предварительно прогрета не менее чем до 500°С. Наносится вручную флюс и первый слой наплавки в виде полуды наносится толщиной не более 0,5 мм. Таким же образом наносится последующий слой.

Образуется валик необходимой высоты. Горелка при работе держится наклоненной вправо, а наплавочный пруток — влево, образуя, таким образом угол с горелкой 90°. Нежелательно применение порошкообразных флюсов при наплавке на чугун из-за того, что существует опасность отбела, т.к. температура предварительного подогрева составляет 900°С.

Газотермическое напыление – это процесс нагрева, диспергирования и переноса конденсированных частиц распыляемого материала газовым или плазменным потоком для формирования на подложке слоя нужного материала. Газотермическое напыление подразделяется на: газопламенное напыление, высокоскоростное газопламенное напыление, детонационное напыление, плазменное напыление, напыление с оплавлением, электродуговая металлизация и активированная электродуговая металлизация.

Гальванические покрытия – это металлические пленки толщиной от долей мкм до десятых долей мм, наносимые на поверхность металлических и других изделий методом гальваностегии для придания им твердости, износостойкости, антикоррозийных, антифрикционных, защитно-декоративных или просто декоративных свойств. Гальванические покрытия изделий из гипса, оргстекла, пластика или композита применяются для придания эстетичного вида, увеличения прочности поверхности изделия, приданию деталям токопроводящих свойств.

Изменение характеристик поверхностных слоев металлических изделий приобретает все большую актуальность. Растущие требования к надежности оборудования при увеличении нагрузок на него, необходимость в защите деталей от агрессивных сред и очень высоких или, наоборот, низких температур приводят к все возрастающему интересу специалистов к применению гальванических покрытий.

Чаще всего гальванические покрытия находят применение в автомобилестроении, авиационной, радиотехнической и электронной промышленности. Тонкие (от 3-5 до 10-15 микрон) и прочные слои хром-алмазных и никель-алмазных гальванических покрытий увеличивают срок службы и улучшают качество медицинских, штамповых и прессовых инструментов, деталей узлов трения.

Гальванические покрытия были открыты в 1836 г. русским физиком и изобретателем в области электротехники Б. С. Якоби и основаны на электрокристаллизации – электрохимическом осаждении на катоде (в роли которого выступает основное изделие) положительно заряженных ионов металлов при пропускании через водный раствор их солей постоянного электрического тока. При этом соли металлов распадаются на ионы под воздействием электрического тока направляются к разным полюсам: отрицательно заряженные – к аноду, а положительно заряженные ионы металла – к катоду, то есть к изделию, поверхностный слой которого мы хотим изменить нанесением гальванического покрытия. Одна из важнейших функций анодов в этой системе – восполнять разряжающиеся на катоде ионы, поэтому качество металла, играющего роль анода, должно быть очень высоким, с минимальным количеством посторонних примесей. На практике аноды, за редким исключением, изготавливают из металла, слой которого хотят получить в качестве гальванического покрытия. Процессы хромирования, золочения, платинирования, родирования и др. протекают с нерастворимыми анодами из металла или сплава, устойчивого в данном электролите.

Электролиты на основе простых соединений проще и дешевле, но при получении качественных гальванических покрытий с мелкокристаллической структурой и равномерной толщиной на всех участках изделий сложной формы применяют электролиты на основе комплексных соединений или на основе простых солей с добавками поверхностно-активных веществ. Для сохранения постоянства состава электролита введение солей или других соединений осаждаемого металла осуществляется периодически.

Количественно гальванотехнические процессы регулируются по законам Фарадея с учётом побочных процессов, качественно — составом электролита, режимом электролиза, температурой и интенсивностью перемешивания. Все электрохимические процессы получения гальванических покрытий проводят в специальных ваннах из керамики, эмалированного чугун, стали, футерованной свинцом или винипластом, органического стекла или другого материала, в зависимости от необходимого размера ванны и степени агрессивности электролита. Ванны для получения гальванических покрытий бывают стационарными, полуавтоматическими (изделия в такой ванне вращаются или перемещаются по кругу или подковообразно) или представляют собой целый комплекс, в котором автоматически производится загрузка, выгрузка и транспортировка изделий вдоль ряда отдельных ванн.

Прочность сцепления гальванических покрытий с основным изделием обеспечивается, прежде всего, тщательным очищением поверхности от окисидов и жировых загрязнений путём травления или обезжиривания, удалением шероховатости шлифованием и полированием.

Гальванические покрытия очень разнообразны. При выборе следует учитывать назначение и материал детали, условия ее эксплуатации, назначение и необходимые свойства покрытия, способ его нанесения, допустимость контактов сопрягаемых металлов и экономическую целесообразность применения этого покрытия. Гальванические покрытия могут обеспечивать повышенную коррозионную стойкость (цинкованием, кадмированием, лужением, свинцеванием), износостойкость трущихся поверхностей (хромированием, железнением), защитно-декоративную функцию отделки поверхности (меднением, никелированием, хромированием, серебрением, золочением).

Хромирование увеличивает твердость металлических изделий, сопротивление механическому износу и высоким температурам, придает декоративный вид и светоотражающие свойства. Сами по себе хромовые гальванические покрытия достаточно пористые, поэтому чаще для предотвращения коррозии на изделие наносят несколько слоев, например, медь-никель-хром или никель-медь-никель-хром. Аноды при хромировании используют свинцовые. Свойства хромовых гальванических покрытий сильно зависят от концентрации и температуры электролита, плотности тока. Например, при температуре электролита 35-55 С покрытие будет блестящим, при 55-80 С - молочным, ниже 35 С - матовым. Меняя состав электролитов, можно получить декоративное покрытие (от темно-голубого цвета до темно-синего и даже черного) или износостойкое для обработки деталей двигателей, редукторов и других механизмов.

Цинкование может быть щелочным, слабокислым, цианистым. Цинк хорошо сцепляется с поверхностью других металлов, а со временем на цинковом покрытии образуется тонкая пленка окислов, обладающая прекрасными защитными свойствами. Нанесение цинкового гальванического покрытия с использованием бесцветного и радужного хромирования обеспечивает изделиям прекрасный вид и защиту от различных видов коррозии и механических воздействий.

Кадмирование для защиты поверхности металлов все еще широко применяется, хотя в последнее время оно начинает заменяться более дешевым и доступным цинкованием. По стойкости к атмосферным и химическим факторам между этими металлами нет большой разницы. Для кадмирования изделий применяются, как правило, цианистые электролиты.

Меднение металлических изделий производят в декоративно-защитных целях, для улучшения приработки трущихся деталей, уплотнения зазоров, восстановления изношенных поверхностей и защиты инструмента от искрообразования, а также для создания на поверхности металла токопроводящего слоя с малым сопротивлением. При меднении используются кислые, цианистые или щелочные нецианистые электролиты.

Никелированию подвергаются преимущественно изделия из стали и сплавов, а также меди, латуни, цинка для защиты от коррозии, повышения износостойкости деталей, в защитно-декоративных целях, а также для формирования промежуточного слоя при многослойных покрытиях. Никелевые гальванические покрытия отличаются красивым внешним видом, стойкостью к атмосферным воздействиям, легкостью нанесения на металлические изделия. Для получения матовых и блестящих никелевых покрытий без дополнительной полировки используют разные гальванические ванны. Электролиты для никелирования бывают сернокислые матовые, сернокислые блестящие и редко применяемые в гальваностегии сульфаматные.

Железнение как гальваническое покрытие распространено очень мало.

Главным образом оно используется в полиграфической промышленности для покрытия матриц, а в последнее время также при окончательной обработке деталей машин или при ремонте изношенных инструментов. Кроме того, этим способом можно приготовить особо чистое железо для физических и химических исследований. Основным элементом электролита является сернокислое или хлористое железо.

Латунирование – это нанесение на поверхность металлических (главным образом стальных) изделий слоя латуни толщиной в несколько мкм (примерный состав: 70 % меди и 30 % цинка). Применяется для защиты изделий от коррозии, для обеспечения прочного сцепления стальных и алюминиевых изделий с резиной при горячем прессовании, для создания промежуточного слоя при никелировании или лужении стальных деталей (что более эффективно, чем непосредственное покрытие никелем или оловом). Латунирование — один из способов повышения антифрикционных свойств титана и его сплавов. Лужение приобретает в промышленности все большее значение, благодаря стойкости олова к коррозии. Применяется чаще всего к железным и стальным деталям.

Гальванические покрытия из драгоценных металлов и их сплавов широко применяются при заключительной обработке ювелирных изделий для придания им определенного цвета, тона и блеска, создания цветовой гармонии при изготовлении изделий с драгоценными камнями, коррозионной защиты, повышения прочности и твердости. При золочении из экономических соображений пользуются нерастворимыми (угольными, платиновыми или стальными) анодами. Наилучшими свойствами обладают гальванические покрытия из золота, серебра и их сплавов, полученные из цианистых электролитов, содержащих свободный цианистый калий. Однако при этом возникают проблемы с утилизацией промывных вод и отработанных электролитов, которые содержат свободные цианиды, не говоря уже про особые меры предосторожности в процессе получения самих гальванических покрытий. Покрытия, нанесенные с использованием нецианистых электролитов (гексаферроцианидных, роданидных, йодидных, пирофосфатных при серебрении и трилонатных, сульфитных, тиосульфатных, триполифосфатных при золочении) не требуют столь строгих мер по соблюдению экологической безопасности, но дают матовые гальванические поверхности и требуют дополнительной полировки, поэтому применяются на изделиях относительно простой конфигурации. В связи с этим сейчас в промышленности уделяют особое внимание разработке новых полностью бесцианистых электролитов для нанесения блестящих гальванических покрытий.

Поверхностная закалка применяется с целью получения высокой твердости в поверхностном слое детали с сохранением вязкой сердцевины.

Основные параметры при закалке — температура нагрева и скорость охлаждения. Температуру нагрева для сталей определяют по диаграммам состояния, скорость охлаждения — по диаграммам изотермического распада аустенита.

Использование токов высокой частоты (ТВЧ) для нагрева металлов впервые предложил В. П. Вологдин в 1923 г. Закалку стали с нагревом ТВЧ начали применять с 1935 г. Теоретические основы термической обработки с нагревом ТВЧ были разработаны в последующие годы И. Н. Кидиным, Н. В.

Гевелингом, М. Г. Лозинским. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой.

Индукторы изготавливают из медных трубок, внутри которых непрерывно циркулирует вода, благодаря чему они сами не нагреваются. Форма индукторов соответствует внешней форме изделия, при этом необходимо соблюдать постоянное расстояние между индуктором и поверхностью изделия.

Каждая установка имеет комплект индукторов. Нагрев детали ТВЧ происходит за 3-5 с. После нагрева в индукторе деталь быстро перемещается в специальное охлаждающее устройство — спрейер, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается закалочная жидкость (иногда нагретые детали сбрасываются в закалочные баки). Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Кроме того, вследствие непродолжительных выдержек диффузия углерода не успевает произойти и в образовавшемся аустените наблюдается неоднородность его распределения. Чтобы ускорить диффузионные процессы, повышают температуру нагрева. Поэтому температура закалки при нагреве ТВЧ для одной и той же стали должна быть выше, чем при обычном нагреве.

При правильном режиме получается мелкоигольчатый или бесструктурный мартенсит, имеющий меньшую хрупкость и повышенную прочность.

Твердость повышается на 2-3 единицы по сравнению с обычной закалкой, а также возрастает износостойкость и предел выносливости, который может увеличиваться в 1,5-2 раза.

Поскольку при нагреве ТВЧ сердцевина изделия нагревается ниже Ас перед закалкой для улучшения свойств его подвергают нормализации. Наиболее целесообразно использовать этот метод для нагрева изделий из углеродистых сталей, содержащих более 0,40 % С. Для легированных сталей нагрев ТВЧ, как правило, редко применяют, так как одно из их преимуществ — глубокая прокаливаемость легированных сталей — при таком методе не используется.

Преимущества метода ТВЧ — высокая производительность, отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности детали, возможность регулирования и контроля режима термической обработки, а также полной автоматизации всего процесса. Закалочные агрегаты можно устанавливать непосредственно в поточной линии механического цеха. Поэтому закалку ТВЧ применяют для деталей массового производства (пальцы, валики, шестерни и др.). Чтобы избежать возможного хрупкого разрушения зубьев шестерен, их изготавливают из специальных углеродистых сталей пониженной прокаливаемости 55 (0,55 %С), содержащих марганца 0,2% и кремния 0,1-0,3%. Зубья шестерен прогревают насквозь, но закаливается только поверхностный слой толщиной 1-2 мм. Нагрев ТВЧ позволяет проводить закалку отдельных участков деталей — шейки коленчатых валов, кулачков распределительных валов, головки рельсов и др.

Сущность поверхностной газопламенной закалки заключается в том, что поверхность детали нагревается пламенем газовой горелки, после чего с помощью душирующих устройств проводится охлаждение. Поскольку пламя газовой горелки имеет очень высокую температуру (до 3000°С), нагрев поверхности длится короткое время, за которое теплота не успевает распространиться в глубь детали, поэтому нагрев, а значит и закалка получаются поверхностными. Этот метод поверхностной закалки является наиболее простым и доступным. Его можно применить даже в полевых условиях при ремонтных работах. В некоторых случаях при закалке крупногабаритных деталей он оказывается наиболее эффективным и экономически выгодным.

В качестве горючего газа применяют ацетилен, который получают непосредственно на месте в ацетиленовых генераторах, а также природный газ, пропан или метан, поставляемые в баллонах. Для сжигания газа используется кислород, который подается в горелки из баллонов.

Многие детали, прошедшие упрочнение термической или химикотермической обработкой, добавочно упрочняют поверхностным пластическим деформированием (ППД). В зависимости от формы, размеров, характера производства выбирают наиболее оптимальный метод ППД.

Для подготовки поверхности металлоконструкций используется дробеструйная обработка металла. Дробеструйная обработка металла — один из важных этапов изготовления металлоконструкций. Практически любое современное производство металлоконструкций использует дробеметное оборудование — ведь с его помощью можно успешно удалить различные неровности или стружку с поверхности металла, и тем самым не только облегчить последующую окраску металлоконструкций, но и продлить срок их службы.

По сути своей, дробеструйная очистка металла основана на принципе абразивной обработки, где функцию абразивного материала выполняет стальная или колотая дробь. С ее помощью с поверхности металла быстро и аккуратно удаляют не только металлическую стружку, но и следы коррозии, окалину, различные шероховатости. Обычно дробеструйная обработка металла входит в антикоррозионную обработку.

Для упрочнения наружных и внутренних поверхностей цилиндрических изделий, сферических и профильных поверхностей применяют накатывание роликовым или шариковым инструментом.

Прогрессивным способом поверхностного пластического деформирования является охватывающее ППД (ОППД), при котором изделие прогоняется через соответствующую оправку, конструкция которой зависит от вида изделия.

Химико-термическая обработка (ХТО) – процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали. Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев. В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура. Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.

Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей.

Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900 - 950 oС. Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %). Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита (h. = 1-2 мм). Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (не более 1,2 %). Углерода на поверхности 0,8-1%, толщина слоя – 0,5-1,8 мм, иногда до 6мм.

Термическая обработка: первая закалка (или нормализация) проводится с температуры 880 - 900oС для исправления структуры сердцевины. Вторая закалка проводится с температуры 760 - 780oС для получения мелкоигольчатого мартенсита в поверхностном слое. Завершающей операцией всегда является низкий отпуск, температура 150 - 180oС. В поверхностном слое получают структуру мартенсита отпуска. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины. Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые кольца, червяки, оси, ролики.

Азотирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются азотом. При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость.

Предварительная ТО: детали подвергают закалке и высокому отпуску.

Температура отпуска 600-675 oС, структура – сорбит. Далее проводят механическую обработку деталей и шлифование. Участки, не подлежащие азотированию, покрывают тонким слоем олова или жидкого стекла. При азотировании изделия загружают в герметичные печи, куда поступает аммиак NH3 c определенной скоростью. При нагреве аммиак диссоциирует по реакции:

2NH32N+3H2. Атомарный азот поглощается поверхностью и диффундирует вглубь изделия.

Для азотирования используют стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан. Нитриды этих элементов дисперсны, и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью.

Обычно азотируемый слой имеет толщину 0,3-0,6мм. Температура 500-520 oС, продолжительность 24-60ч. После азотирования в сердцевине изделия сохраняется структура сорбита, которая обеспечивает повышенную прочность и вязкость.

Цианирование – химико-термическая обработка, при которой поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом. Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями, например NaCN с добавками солей NаCl, BaCl и др.

Цианированный слой обладает высокой твердостью 58 - 62 HRC и хорошо сопротивляется износу. Повышаются усталостная прочность и коррозионная стойкость. Продолжительности процесса 0,5 - 2 часа.

Высокотемпературное цианирование – проводится при температуре 800 - 950oС, сопровождается преимущественным насыщением стали углеродом до 0,6-1,2 %, (жидкостная цементация). Содержание азота в цианированном слое 0,2 - 0,6 %, толщина слоя 0,15 - 2 мм. После цианирования изделия подвергаются закалке и низкому отпуску. Окончательная структура цианированного слоя состоит из тонкого слоя карбонитридов Fe2(C, N), а затем азотистый мартенсит.

Среднетемпературное цианирование – проводится при температуре 820-860oС, сопровождается преимущественным насыщением стали азотом.

Около 0.7% углерода и 0,8-1,2% азота. Толщина слоя – 0,15-0,35%.

Проводится для инструментов из быстрорежущих, высокохромистых сталей, Является окончательной обработкой. Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.

Нитроцементация – газовое цианирование, осуществляется в газовых смесях из цементующего газа и диссоциированного аммиака.

Состав газа температура процесса определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки. Диффузионный слой около 0,3мм.

Высокотемпературная нитроцементация проводится при температуре 830 - 950oС, для машиностроительных деталей из углеродистых и малолегированных сталей при повышенном содержании аммиака. Завершающей термической обработкой является закалка с низким отпуском. Твердость достигает 56 - 62 HRC.

Низкотемпературной нитроцементации подвергают инструмент из быстрорежущей стали после термической обработки (закалки и отпуска).

Процесс проводят при температуре 530 - 570oС, в течение 1,5 - 3 часов. Образуется поверхностный слой толщиной 0,02 - 0,004 мм с твердостью 900 - HV.

Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью. Применяется для зубчатых колес, валов, гильз цилиндров.

Диффузионная металлизация – химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных изделий насыщается различными элементами:

алюминием, хромом, цинком, оловом. Изделия приобретает высокую жаростойкость, коррозионную стойкость, повышенную износостойкость, твердость.

Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах.

При твердой диффузионной металлизации металлизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH4Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или CL2 образуется соединение хлора с металлом (AlCl3, CrCl2, SiCl4), которые при контакте с поверхностью диссоциируют с образованием свободных атомов.

Жидкая диффузионная металлизация проводится погружением детали в расплавленный металл (например, алюминий).

Газовая диффузионная металлизация проводится в газовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.

Диффузия металлов протекает очень медленно, так как образуются растворы замещения, поэтому при одинаковых температурах диффузионные слои в десятки и сотни раз тоньше, чем при цементации.

Диффузионная металлизация – процесс дорогостоящий, осуществляется при высоких температурах (1000 - 1200oС) в течение длительного времени.

При насыщении хромом процесс называют хромированием, алюминием – алитированием В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость, хорошую сопротивляемость коррозии в морской воде. Концентрация алюминия на поверхности составляет около 30%. Толщина слоя – 200мкм.

Хромирование обеспечивает повышенную устойчивость стали к газовой коррозии, в морской воде, азотной кислоте. Содержание хрома в поверхностном слое – 0,3-0,4%.

Борирование стали - химико-термическая обработка насыщением поверхностных слоев стальных изделий бором при температурах 900- 950°С.

Диффузионный слой толщиной 0,05- 0,15 мм состоит из боридов FeB и Fе2В, обладает весьма высокой твердостью, стойкостью к абразивному изнашиванию и коррозионной стойкостью. Борирование особенно эффективно для повышения стойкости (в 2 - 10 раз) бурового и штампового инструментов.

Силицирование – насыщение поверхностного слоя кремнием, для придания стали высокой коррозионной стойкости в морской воде, азотной, серной, соляной кислотах. Толщина слоя – 300-1000мкм. Слой обладает низкой твердостью, но высокой износостойкостью.

Обработка упрочненных поверхностей.

Процесс плазменно-механической обработки позволяет обрабатывать на металлорежущих станках высокопрочные труднообрабатываемые стали и другие металлы с высокой производительностью.

Конкретное применение процесс ПМО нашел при:

обработке деталей брони дробильного оборудования изготовленных из стали марки 110Г13Л;

обработке крупногабаритных деталей с поверхностной абразивной коркой после литья;

обработке поверхностей деталей, наплавленных износостойкими материалами, например, 3Х2В8 и ЖСН5;

обработке титана и его сплавов;

обработке деталей имеющих поверхностную нагартованность и наклёп.

Метод плазменно-механической обработки заключается в то, что на металлорежущем станке на обрабатываемую деталь непосредственно перед резцом направляется воздушно-плазменная дуга, сформированная плазмотроном. Таким образом, осуществляется локальный нагрев обрабатываемого участка детали. Подбор режимов резания станка и параметров сконцентрированной в воздушном потоке плазмотрона электрической дуги, а так же направление воздействия этой дуги в пространстве позволяют увеличить производительность работы металлорежущего оборудования в 6 – 10 раз.

На современном этапе технологии одним из важнейших путей решения проблемы обработки деталей из труднообрабатываемых металлов и сплавов является шлифование токопроводящими алмазными и абразивными кругами. Электрохимическое шлифование алмазными или абразивными кругами на токопроводящих металлических связках представляет собой комбинированный процесс, при котором материал снимается в результате одновременно протекающих процессов: анодного растворения, механического резания алмазными или абразивными зернами и электроэрозионных явлений.

Кроме того, в результате воздействия электролитов происходит адсорбционное понижение прочности обрабатываемого материала вследствие уменьшения межфазной поверхностной энергии.

Благодаря отсутствию сплошного контакта дискретных контактирующих поверхностей детали и инструмента, а также выступанию зерен алмаза или абразива из связки, между ними образуется зазор, заполненный электролитом. В зазоре под воздействием электрического тока происходит анодное растворение поверхности детали. Таким образом, поверхностный слой при электрохимическом шлифовании образуется в результате протекания электрохимического процесса и механической работы круга, производимой зернами алмаза или абразива, которые удаляют продукты анодного растворения и срезают обрабатываемый материал, а также выполняют роль депассиваторов, разрушая и удаляют пленку окисидов металла, образующуюся на поверхности детали.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) — контролируемое разрушение электропроводного материала под действием электрических разрядов между двумя электродами, то есть обработка через электрическую эрозию.

Один из электродов является обрабатываемой деталью, другой — электрод-инструментом. Разряды производятся периодически, импульсно, так чтобы среда между электродами восстановила свою электрическую прочность. Для уменьшения эрозии электрод-инструмента для разрядов используются униполярные импульсы тока. Полярность зависит от длительности импульса, поскольку при малой продолжительности импульса преобладает эрозия анода, а при большой длительности импульса преобладает эрозия катода. Поэтому на практике используются оба способа подачи униполярных импульсов: с подключением детали к положительному полюсу генератора импульсов (т. н. включение на прямую полярность), и с подключением детали к отрицательному полюсу (т. н. включение на обратную полярность).

Износ является главной причиной снятия машин и оборудования с эксплуатации. Потери могут быть сокращены рациональным применением способов, основанных на триботехнике. Управление процессом изнашивания является центральным звеном таких проблем, как экономия энергии, сокращение расхода материалов, а также надежность и безопасность механических систем.

6.3 Краткое описание практических занятий 6.3.1. Перечень практических занятий.

№ 1. Виды трения и изнашивания № 2,3. Материалы деталей трибосопряжений и узлов трения, их применение № 4. Выбор методов упрочнения № 5. Выбор толщины упрочненного слоя № 6. Применение смазки, защита от абразивных частиц № 7. Способы борьбы с абразивным изнашиванием.

№ 8. Методы поверхностного упрочнения, осуществляемые нанесением дополнительного слоя на рабочие поверхности.

№ 9. Напыление, гальванические полиметаллические покрытия.

№ 10. Поверхностная закалка №11. Поверхностно-пластическое деформирование (ППД) № 12, 13. Поверхностная химико-термическая обработка № 14. Обработка упрочненных поверхностей № 15. Выбор сочетаний материалов фрикционных пар № 16 Влияние трудоемкости механической обработки на выбор методов упрочнения № 17. Экономическая эффективность упрочнения 6.3.2. Методические указания по выполнению заданий на практических занятиях Практическая работа № 1. Виды трения и изнашивания Цель: научиться определять вид трения и изнашивания для определенной конструкции.

Задание: определить вид трения и изнашивания в зависимости от конструкции.

Ход занятия: изучить теоретический материал, получить у преподавателя задание, определить вид трения и изнашивания, обосновать свой выбор, написать отчет.

Рекомендации по выполнению задания. Виды трения. В процессе работы машин поверхности трения деталей находятся в различных условиях. В зависимости от того, есть или нет смазка между трущимися поверхностями, различают следующие виды трения.

Трение без смазки происходит при отсутствии на поверхностях трения обоих твердых тел смазочного материала всех видов.

Граничное трение двух твердых тел возникает при тонком слое смазки на поверхностях трения, не превышающем высоты шероховатостей соприкасающихся поверхностей.

Жидкостное трение возникает между двумя телами, полностью разделенными слоем жидкости (смазки). Отсутствие контакта между поверхностями предохраняет их от разрушения.

Виды изнашивания. В условиях всех видов трения происходит разрушение трущихся поверхностей, т. е., поверхности изнашиваются.

Механическое изнашивание возникает в результате воздействия твердых частиц на трущиеся поверхности. В эту группу следует отнести такие виды изнашивания, как абразивное, гидро- и газоабразивное, усталостное, кавитационное, эрозионное.

Абразивное изнашивание — изнашивание в результате механических воздействий посредством режущего и царапающего действия твердых тел или частиц при наличии относительной скорости перемещения.

Гидро- и газоабразивное изнашивание появляется в результате воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости или газа.

Усталостное изнашивание вызывает изменение поверхности трения или отдельных участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц.

Кавитационное изнашивание поверхности происходит при относительном увеличении скорости движения твердого тела в жидкости, т. е. в условиях гидродинамической кавитации — нарушения сплошности внутри жидкости.

Эрозионное изнашивание возникает в результате воздействия потока жидкости или газа.

Молекулярно-механическое изнашивание получается в результате одновременного механического воздействия и воздействия молекулярных или атомных сил.

Коррозионно-механическое изнашивание есть изнашивание при трении металла, вступившего в химическое взаимодействие со средой.

При выполнении практической работы указать вид трения и изнашивания.

Практическая работа № 2,3. Материалы деталей трибосопряжений и узлов трения, их применение Цель: изучить различные материалы, применяемые для трибосопряжений.

Задание: изучить различные материалы, применяемые для трибосопряжений, их физические и механические свойства, классификацию, маркировку, область применения.

Ход занятия: изучить теоретический материал, описать в отчете два вида материалов, применяемых для трибосопряжений и узлов трения, привести марки.

Рекомендации по выполнению задания. Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14 % С. Чугуны обладают хорошими механическими свойствами и превосходно обрабатываются. Графит в чугунах придает хорошие антифрикционные свойства, формируя включения различной формы. Антифрикционные свойства чугуна в большой степени определяются структурой графитовой составляющей (формой и распределением в основной структуре). Графитовые включения можно рассматривать как пустоты (дефекты) структуры. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения. Графит пластинчатой формы разупрочняет металл. Наиболее благоприятной для механических свойств чугуна является хлопьевидная, а оптимальной – шаровидная форма графита. В зависимости от формы включений графита: чугун с пластинчатым графитом - серый чугун; чугун с шаровидным графитом - высокопрочный чугун; вертикулярный чугун – серый, с волокнистой червеобразной формой графита; чугун с хлопьевидным графитом - ковкий чугун.

Стали - это железоуглеродистый сплав, содержащий не более 2,14%С.

Стали используются как антифрикционные материалы только в случае очень легких условий работы при малых контактных давлениях и скоростях скольжения. Обладая высокой твердостью и имея высокую температуру плавления, сталь плохо прирабатывается и склонна к схватыванию с сопрягаемым телом. Большое значение стали для трибологии объясняется ее широким применением в качестве контртела для подшипниковых материалов любых типов – от баббитов до керамики. Применяются углеродистые конструкционные стали (углерод от 0,6 до 0,8 %); легированные стали.

В термически обработанном состоянии легированные стали имеют высокий предел текучести и твердость, что обеспечивает их высокую износостойкость в широком диапазоне эксплуатации. Упрочнение от действия дисперсных частиц упрочняющей фазы достигается за счет подбора состава стали и оптимальной термической или химико-термической обработки.

Упрочняющими фазами в легированных сталях могут быть карбиды разного состава: нитриды, карбонитриды, интерметаллиды, чистые и малорастворимые металлы в железе (например, чистая медь). Наиболее эффективное упрочнение достигается такими фазами, которые способны растворяться в твердом растворе (например, в аустените при нагреве), а затем выделяться из него в мелкодисперсном состоянии и сохраняться при температурах технологической обработки и использования деталей трибосопряжения.

К эффективным упрочнителям относятся карбиды: VC, NbC, MoC и нитриды VN, NbN, а также комплексные фазы на их основе. Оптимальное упрочнение от твердых дисперсных частиц достигается при условии, когда эти частицы достаточно малы и когда расстояние между ними в твердом растворе также мало. Обеспечивается этот процесс соответствующим подбором легирующих элементов и режимов термической обработки (закалка и высокий отпуск, закалка и низкий отпуск), позволяющих получить структуру с высокими механическими и триботехническими характеристиками.

Антифрикционные сплавы цветных металлов. Цветные металлы и сплавы на их основе, в настоящее время являются основными антифрикционными материалами для смазываемых подшипников скольжения.

В зависимости от состава деформируемые бронзы отличаются высокими механическими, антифрикционными и упругими свойствами, что очень важно для деталей узлов трения. Литейные бронзы применяются главным образом для изготовления отливок для деталей триботехнического назначения (втулки и вкладыши подшипников, венцы червячных зубчатых колес) и пароводяной арматуры.

Латуни используют в качестве заменителей бронз для опор трения.

Они хорошо свариваются, легко обрабатываются режущим инструментом, их антифрикционные свойства ниже, чем у бронз. Вследствие этого латуни применяют для опор скольжения, работающих с малыми скоростями.

Алюминиевые подшипниковые сплавы классифицируют по виду микроструктуры, отражающей антифрикционные свойства сплавов (мягкие микроструктурные составляющие уменьшают износ и повышают стойкость пар трения к возникновению задира). Такая классификация предусматривает две группы:

сплавы, имеющие включения твердых структурных составляющих кристаллы FeAl3, Al3Ni, CuAl2, Mg2Si, AlSb, Si и др. в пластичной основе металла;

сплавы, имеющие наряду с твердыми составляющими и мягкие включения.

Из алюминиевых сплавов изготавливают как монометаллические детали (втулки, шарниры и др.), так и биметаллические подшипники на стальной подложке. Для первых предпочтительны более прочные твердые сплавы, а для вторых (в качестве антифрикционного слоя) – менее твердые пластичные сплавы.

Цинковые антифрикционные сплавы. Благодаря эффекту снижения абразивной активности свободных абразивных частиц за счет их утапливания в мягком поверхностном слое, подшипники из цинковых сплавов меньше изнашивают сопряженные детали даже при попадании абразивных частиц в зону трения. Цинковые сплавы технологичны при изготовлении монометаллических и биметаллических деталей опор скольжения. Цинковые сплавы имеют высокую пластичность и сопротивление усталости. Из цинковых сплавов изготавливают цельные и штампованные из ленты втулки, которые применяют, например, в железнодорожных и других транспортных машинах.

Легкоплавкие подшипниковые сплавы (баббиты) – это мягкие антифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой, алюминиевой и цинковой основах, в которых равномерно распределены твердые кристаллы (кристаллы фазы SnSb или кристаллы Sb, игловидные кристаллы Cu). Баббиты отличаются высоким уровнем прирабатываемости и имеют низкий коэффициент трения со сталью, хорошо удерживают граничную масляную пленку. Благодаря хорошей прирабатываемости баббитов, все геометрические дефекты поверхностей трения деталей, полученные в процессе формообразования и сборки узлов трения, механизмов и технических систем в целом в процессе приработки на стадии обкатки подшипников могут быть частично или полностью устранены.

При выполнении практической работы указать физические и механические свойства, классификацию, маркировку, область применения материалов, применяемых для деталей и узлов трибосопряжения.

Практическая работа № 4. Выбор методов упрочнения Цель: научиться выбирать оптимальный метод упрочнения детали для определенного технологического процесса.

Задание: определение наиболее подходящего метода упрочения в зависимости от конструкции, типа основного металла и условий изнашивания конкретных деталей.

Ход занятия: изучить теоретический материал, получить у преподавателя задание, выбрать наилучший метод упрочнения детали, обосновать свой выбор, написать отчет.

Рекомендации по выполнению задания. Увеличение срока службы деталей в результате упрочнения достигается, когда происходит смена механизма изнашивания на менее производительный. Смятие рабочих поверхностей, отколы, абразивный износ путем процарапывания, коррозия, окалинообразование - это виды ускоренного изнашивания. Самый низкопроизводительный способ изнашивания - «диспергированием», или истиранием. Если упрочнить поверхность, каким – либо способом (замена углеродистой стали на легированную, наплавка более жаропрочного материала на поверхность детали и т.д.), то износостойкость может увеличиться до 8 раз.

При выборе методов упрочнения важно иметь в виду, что иногда смена механизма изнашивания может привести к обратному результату, т.е. к снижению износостойкости. Упрочнение с целью снижения скорости истирания может активизировать процесс роста трещин «разгара» и привести к высокопроизводительному изнашиванию выкрашиванием. Это можно исправить высоким отпуском при 750°С, в результате которого твердость наплавки снизилась до первоначального уровня. При этом замедляется растрескивание, стойкость возрастает.

Выкрашивание и поломки — более производительные способы изнашивания, и поэтому их предупреждение, как правило, многократно продлевает срок эксплуатации инструмента. Методы упрочнения разнообразны: заменой углеродистой стали на легированную, напыление онкопленочного (1 мкм) плазменного покрытия на основе SiО2, термическая обработка.

При выполнении практической работы указать механизм изнашивания и метод упрочнения, применяемый для конкретных условий эксплуатации.

Практическая работа № 5. Выбор толщины упрочненного слоя Цель: научиться выбирать глубину упрочнения для конкретной детали.

Задание: определение оптимальную толщину упрочненного слоя детали в зависимости от конструкции и условий изнашивания конкретных деталей.

Ход занятия: изучить теоретический материал, получить у преподавателя задание, выбрать оптимальный вариант глубины упрочнения детали, рассчитать срок службы упрочненной детали, обосновать свой выбор, написать отчет.

Рекомендации по выполнению задания. При выборе методов упрочнения важно учитывать реально достижимую глубину упрочнения. Следует стремиться к тому, чтобы глубина (толщина) упрочненного слоя была не меньше величины допускаемого износа. Для этого надо рассчитать срок службы упрочненной детали и сопоставить со сроком службы неупрочненной:

Тy = [hy IWy]+ [(hд.и.- hy) /Wc} Тн.у., где Ту, Тн.у. - срок службы упрочненной и неупрочненной деталей, соответственно; hy - глубина упрочнения; Wy, Wc - скорость изнашивания упрочненного слоя и неупрочненной сердцевины, соответственно; hд.и. - величина (глубина) допускаемого износа.

Надо учитывать что, технологии, обеспечивающие максимальный прирост твердости, как правило, дают небольшую толщину упрочненного слоя (борирование, ванадирование и пр.). Если допускаемая величина износа достаточно большая, то может оказаться, что прирост долговечности упрочненной детали будет ничтожным.

В ряде случаев, когда упрочнение приводит к смене механизма изнашивания, оно одновременно и изменяет требования к толщине упрочненного слоя. Нанесение на поверхность шпоночного паза карбидов электроискровым легированием сменило изнашивание смятием на износ диспергированием.

Для противостояния менее агрессивному механизму изнашивания (диспергированием) в данном случае оказалось достаточно тонкого (0,05 мм) упрочненного слоя.

Быстроизнашивающиеся поверхности целесообразно упрочнять на всю толщину допускаемого изнашивания или на всю толщину, в которой образуются повреждения (трещины, смятие и т.п.). В случаях, когда упрочнение скачкообразно снижает темп изнашивания, может оказаться достаточно упрочнения лишь тонкого поверхностного слоя.

Практическая работа № 6. Применение смазки, защита от абразивных частиц Цель: научиться выбирать вид смазки и применять защиту от абразивных частиц.

Задание: выбрать разновидность смазки в зависимости от конструкции, типа основного металла и условий изнашивания конкретных деталей.

Ход занятия: изучить теоретический материал, получить у преподавателя задание, выбрать разновидность смазки, обосновать свой выбор, написать отчет.

Рекомендации по выполнению задания. Трение без смазки (сухое) предусматривается в тормозах и соединениях с натягом с обезжириванием поверхностей (сборка с охлаждением в жидком азоте).

Жидкостная смазка увлекается вращающимся валом, и образует масляный слой (клин), полностью исключающий контакт вала с подшипником.

При жидкостном трении скорости изнашивания сопрягаемых поверхностей и силы трения ничтожно малы, последние зависят лишь от вязкости масла.

Граничная смазка располагается на сопрягаемых поверхностях тонким (0,1 мкм) слоем смазки, который быстро разрушается, но и благодаря исключительной подвижности молекул быстро восстанавливается. Он хорошо сопротивляется сжатию, но не оказывает сопротивление сдвигу. Это снижает коэффициент трения до 10 раз, а износ – в сотни раз. При граничной смазке вязкость масла на трение не влияет.

Жидкостная смазка всегда предпочтительнее граничной (консистентной). Наилучшим решением являются полностью герметизированные системы с непрерывной подачей масла под давлением ко всем подвижным соединениям.

Когда применение жидких и консистентных масел невозможно (низкие и высокие температуры, радиация, вакуум, химически агрессивные среды) или неэффективно (колебания малой амплитуды, ударные и высокочастотные нагрузки), используют сухопленочные смазки на основе сульфидов, селеноидов, теллуридов Mo, W, V и других элементов со связками металлов Fe, Ni, Ag, Au. Возможна также смазка сухими порошками, состоящими из микросфер 1 - 3 мкм, полученных из твердых (HV 800) сталей и сплавов. В этом случае одна поверхность перемещается относительно другой по очень подвижному и текучему слою порошка (псевдожидкостное трение). Но для этого обязательна высокая твердость сопрягаемых поверхностей.

Существенно ускорить изнашивание при трении способны абразивные частицы, попадающие в зазоры пар трения. Они многократно понижают эффективность смазки. Поэтому все трущиеся части следует заключать в закрытые корпуса, защищать от пыли и других загрязнений.

При выполнении практической работы указать вид трения, вид смазки для конкретного случая, достоинства и недостатки различных видов смазки.

Практическая работа № 7. Способы борьбы с абразивным изнашиванием Цель: научиться выбирать способ уменьшения абразивного изнашивания.

Задание: выбрать метод снижения абразивного изнашивания в зависимости условий изнашивания конкретных деталей.

Ход занятия: изучить теоретический материал, получить у преподавателя задание, выбрать разновидность способа борьбы с абразивным изнашиванием, обосновать свой выбор, написать отчет.

Рекомендации по выполнению задания. Изнашивание - процесс постепенного изменения размеров детали в процессе эксплуатации. Износ - результат изнашивания, оценивается в потере размера, веса, объема. Износостойкость - способность материала сопротивляться изнашиванию.

Абразивными называются частицы, существенно превосходящие сталь по твердости. Абразивные частицы при соприкосновении с деталью внедряться в нее и процарапывать канавки с образованием микростружек или буртиков (грата) по краям канавки. Такой вид изнашивания – самый скоростной из известных.

Считается, что для предупреждения процарапывания достаточно поднять твердость изнашиваемой детали до 60% от твердости абразива. Однако достичь этого не всегда возможно. Поэтому стремятся получить в структуре металла достаточное количество высокотвердых частиц: карбидов, нитридов, боридов и т.п., твердость которых сопоставима с твердостью абразивных частиц. Это достигается легированием.

Другой способ - способ порошковой металлургии. Он предусматривает смешивание порошков карбидов и металла, прессование изделий и спекание в вакууме. Им изготавливают пластинки твердых сплавов для режущего инструмента.

Еще один способ – это композиционная наплавка. При ручной дуговой наплавке в качестве электродов используются трубки из низкоуглеродистой стали, заполненные релитом (крупка карбидов, вольфрама, фракция до мм). При автоматической наплавке используются либо порошковая лента ПЛ-АН11 (оболочка – никель, шихта – 35% карбидов хрома Cr7C3), либо порошковая смесь карбидов вольфрама (до 75%) и порошкового сплава на никелевой основе ПГ-СРЗ (60Х15Н80СЗР2).

В условиях абразивного изнашивания с большим контактным давлением (рельсовые крестовины, щеки дробилок, зубья ковшей экскаваторов), где высокохромистые чугуны быстро выкрашиваются (выкрашивание более производительный способ изнашивания, чем процарапывание), высокую износостойкость показывает известная с конца XIX века аустенитная сталь Гадфильда - 110Г13. В литом состоянии твердость ее невысока (НВ 200), но при наклепе она интенсивно увеличивается (до НВ 400), за счет чего обеспечивается высокая износостойкость.

При выполнении практической работы дать определение абразивному изнашиванию, описать методы борьбы с ним, сравнить достоинства и недостатки различных методов.

Практическая работа № 8. Методы поверхностного упрочнения, осуществляемые нанесением дополнительного слоя на рабочие поверхности Цель: научиться выбирать метод поверхностного упрочнения детали Задание: выбрать метод поверхностного упрочнения детали в зависимости от условий эксплуатации.

Ход занятия: изучить теоретический материал, получить у преподавателя задание, выбрать метод поверхностного упрочнения детали, обосновать свой выбор, написать отчет.

Рекомендации по выполнению задания. Все известные методы поверхностного упрочнения делятся на осуществляемые нанесением дополнительного слоя на рабочие поверхности деталей и на модифицирование поверхностных слоев основного металла. К первой группе относятся наплавка, напыление, гальванирование и т.п., ко второй - поверхностная закалка, химико-термическая обработка (цементация, борирование и т.п.), поверхностное пластическое деформирование.

Наплавка - нанесение на поверхность детали слоя металла с помощью сварки. Обычно за один проход наплавляется слой толщиной 2 - 5 мм. Наплавленный слой прочно сцеплен с основой, и в этом преимущество наплавки перед напылением. Но в этом же заключаются ее недостатки. Проплавление основного металла, благодаря чему обеспечивается прочное сцепление с наплавленным слоем, приводит к деформациям тонких деталей и к образованию трещин в массивных.

Наплавка угольным электродом. Уголь, сгорая, образует газ CO, который сам не растворяется в жидкой стали и тем защищает сварочную ванну от насыщения воздухом, предупреждая порообразование в наплавленном металле. Но угольный электрод быстро обгорает, и поэтому наплавка угольной дугой нетехнологична. При наплавке по слою крупки получался износостойкий слой с твердостью HRC 56. Наплавка угольной дугой по слою крупки успешно заменяется современным способом механизированной (полуавтоматической) наплавки самозащитными порошковыми проволоками.

Наплавка покрытыми электродами. Изобретение (1907 г.) металлического электрода с обмазкой (покрытием) принадлежит О. Кельбергу, основателю известной сварочной фирмы ESAB. Покрытие создает шлаковую и газовую защиты сварочной ванны, чем предупреждается порообразование в наплавленном металле. Кроме того, покрытие стабилизирует горение дуги и дополнительно легирует наплавленный металл.

Газопламенная наплавка. Производительность наплавки невелика (менее 1 кг/ч). Кроме того, из-за низкой концентрации энергии в газовом пламени для оплавления поверхности детали требуется значительный общий подогрев. При газовой наплавке движение горелки неравномерное, а с остановками, поэтому процесс не автоматизируется. Но газовая наплавка дает низкую (~ 5%) долю участия основного металла в наплавленном, что позволяет экономно (в один слой) наплавлять дорогостоящие высоколегированные сплавы.

При выполнении практической работы описать методы поверхностного упрочнения осуществляемые нанесением дополнительного слоя на рабочие поверхности, сравнить достоинства и недостатки различных методов.

Практическая работа № 9. Напыление, гальванические полиметаллические покрытия Цель: научиться выбирать способ напыления или гальванического полиметаллического покрытия для различных условий эксплуатации.

Задание: изучить способы напыления, гальванического полиметаллического покрытия и обосновать их применение в зависимости условий изнашивания конкретных деталей.

Ход занятия: изучить теоретический материал, обосновать применение выбранного способа, написать отчет.

Рекомендации по выполнению задания. Напыленный слой удерживается на поверхности адгезионными силами или за счет «прилипания». Прочность его сцепления с основой невелика. Поэтому, из-за опасности самоотслаивания, напыленные слои ограничивают по толщине. Для обеспечения адгезионных связей подлежащую напылению поверхность подвергают абразивно-струйной обработке. Напыление не повреждает основу, не вызывает деформаций и не снижает предел выносливости, как наплавка; возможно напыление разнородных с основой материалов.

Газопламенное и электродуговое напыление. Высокая температура (~10 000 °С) плазменной дуги способна размягчать тугоплавкие оксиды и карбиды, что сделало возможным их напыление. Детонационным напылением можно достигнуть еще большую прочность сцепления напыленного слоя с подложкой. Но плазменное и детонационное оборудования менее удобны, чем газопламенные горелки, которыми легко манипулировать. При этом возрастает прочность адгезионных связей и есть возможность наносить тугоплавкие покрытия (А12O3) как при плазменном, так и при детонационном напылении.

Гальванические покрытия. Осаждаются на поверхность деталей из электролита при прохождении электрического тока. Упрочнение деталей гальваническими хромом до настоящего времени остается одним из самых распространенных способов упрочнения. Но гальванирование снижает усталостную прочность деталей. Кроме того, оно малопроизводительно и дает такое количество вредных отходов, как ни один другой метод упрочнения.

Полимер-металлические покрытия известны как «холодная молекулярная сварка» и как материалы «РЕКОМ» - ремонтные композиционные материалы. Представляют собой композицию из связующей матрицы (эпоксидной смолы), пластификатора и наполнителя. Наполнитель - железный, графитовый, чугунный порошки, цинковая пыль, алюминиевая пудра. На поверхность наносятся в виде пасты, которая самопроизвольно твердеет под воздействием заранее введенного в эпоксидную смолу отвердителя. По твердости полимерметаллы близки сталям, но менее пластичны, удерживаются на поверхности деталей силой адгезии. Плохо сцепляются с легированными и нержавеющими сталями, с промасленными в процессе эксплуатации поверхностями.

Тонкопленочные покрытия по толщине не превышают нескольких микрометров (1 – 7). Их наносят двумя способами. В первом случае покрытие формируется химическим путем из паровой или газовой среды. Во втором случае покрытие осаждается в результате ионно-плазменных процессов, потому метод называется физическим. Тонкие пленки эффективно работают на твердой основе, поэтому ими преимущественно упрочняют инструмент из твердого сплава, детали с закаленной поверхностью.

При выполнении практической работы указать технологические параметры и особенности процессов напыления и формирование гальванических покрытий.

Практическая работа № 10. Поверхностная закалка Цель: ознакомиться со способами поверхностных закалок Задание: изучить способы поверхностных закалок, их применение для конкретных условий увеличения твердости и износостойкости поверхностного слоя.

Ход занятия: изучить теоретический материал, описать различные способы поверхностных закалок, их достоинства и недостатки, свойства упрочненного слоя, область применения, оформить отчет.

Рекомендации по выполнению задания. С появлением высококонцентрированных источников нагрева (ТВЧ, ацетиленокислородные горелки и т.д.) производится поверхностная закалка, при которой разогревается, и закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина детали остается незакаленной, т.е. вязкой, что не допускает поломок при ударах. При поверхностной закалке обычно закачивается поверхностный слой толщиной 1 - мм. При необходимости после закалки делают отпуск (200 °С) для снятия напряжений.

Закалка токами высокой частоты. Основан на том, что если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой.

Целесообразно использовать в серийном и массовом производстве.

Газопламенная закалка. Нагрев осуществляется ацетиленокислородным, газокислородным или керосинокислородным пламенем с температурой 3000 - 3200oС. Метод применяется для закалки крупных изделий, имеющих сложную поверхность (косозубые шестерни, червяки), для закалки стальных и чугунных прокатных валков. Используется в массовом и индивидуальном производстве, а также при ремонтных работах.

Нагрев лазером. Лазеры – это генераторы света. Применение лазеров для термической обработки основано на трансформации световой энергии в тепловую. Под воздействием лазерного излучения за короткий промежуток времени 10-3 – 10-7 с поверхность детали из стали или чугуна нагревается до очень высоких температур. Распространение теплоты в глубь металла осуществляется путем теплопроводности. После прекращения действия лазерного излучения происходит закалка нагретых участков, благодаря интенсивному отводу теплоты в глубь металла. Скорость охлаждения составляет 10–10 с/с.

При выполнении практической работы указать технологические особенности поверхностных закалок (температура, время выдержки, глубину закаленного слоя), их достоинства и недостатки применение к конкретным ситуациям.

Практическая работа №11. Поверхностно-пластическое деформирование (ППД).

Цель: научиться выбирать способ поверхностного пластического деформирования для упрочнения поверхностного слоя детали.

Задание: изучить и выбрать способ поверхностного пластического деформирования в зависимости условий изнашивания конкретных деталей.

Ход занятия: изучить теоретический материал, получить у преподавателя задание, выбрать способ поверхностного пластического деформирования, согласно заданию, обосновать свой выбор, написать отчет.

Рекомендации по выполнению задания. Разновидностями поверхностного пластического деформирования являются дробеструйная обработка и обработка роликами.

Дробеструйная обработка – обработка дробью поверхности готовых деталей. Осуществляется с помощью специальных дробеструйных установок, выбрасывающих стальную или чугунную дробь на поверхность обрабатываемых деталей. Диаметр дроби – 0,2 - 4 мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию на глубину 0,2 - 0,4 мм. Применяют для упрочнения деталей в канавках, на выступах. Подвергают изделия типа пружин, рессор, звенья цепей, гусениц, гильзы, поршни, зубчатые колеса.

Поверхностно-пластическое деформирование (ППД) производится путем обкатывания поверхности роликом, шариком и выглаживанием алмазным интентером.

При обработке роликами деформация осуществляется давлением ролика из твердого металла на поверхность обрабатываемого изделия. При усилиях на ролик, превышающих предел текучести обрабатываемого материала, происходит наклеп на нужную глубину. Обработка улучшает микрогеометрию. Создание остаточных напряжений сжатия повышает предел усталости и долговечность изделия. Обкатка роликами применяется при обработке шеек валов, проволоки, при калибровке труб, прутков.

Не требуется специальное оборудование, можно использовать токарные или строгальные станки. ППД является обязательной операцией при изготовлении вагонных осей, что исключает их усталостные поломки. Использование ППД для повышения износостойкости за счет упрочнения поверхности в результате наклепа широкого распространения не получило, но может быть эффективно на нестабильно-аустенитных сталях типа 110Г13 и 30Х10Г10, у которых наклеп вызывает существенный рост твердости с НВ 200 до НВ - 500.

При выполнении практической работы указать технологические особенности поверхностно-пластического деформирования, их достоинства и недостатки, применение к конкретным ситуациям.

Практическая работа № 12, 13. Поверхностная химикотермическая обработка Цель: научиться выбирать способ химико-термической обработки для упрочнения поверхностного слоя.

Задание: выбрать способ химико-термической обработки для упрочнения поверхностного слоя в зависимости от условий изнашивания деталей в реальных условиях.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Э. БАУМАНА вки дгото ой по овск овуз рд Цент МГТУ им. Н.Э.Баумана ЦЕНТР ДОВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВКИ ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ СОРЕВНОВАНИЕ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА СБОРНИК ЛУЧШИХ РАБОТ Москва УДК 004, 005, 51, 53, ББК 22, 30, 31, 32, Научно-образовательное соревнование молодых исследователей Шаг Н34 в будущее, Москва : Сборник лучших работ, в 2-х т.– М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 220[2] c.: ил....»

«Финские нанотехнологии для машиностроения ШЛЮЗ К ФИНСКОЙ НАНО-ЭКСПЕРТИЗЕ 1 2 Введение Приглашаем вас познакомиться с не- Цель этого издания в том, чтобы подтолпревзойденным мастерством в области кнуть предприятия к использованию вознанотехнологий и новых материалов в можностей новых технологий в качестве Финляндии. Очевидно, что нанотехноло- новаторов в машиностроительной индугии будут одним из способов гарантиро- стрии, усилить конкурентоспособность вать конкурентоспособность устоявших-...»

«Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой Химии и естествознания Т.А. Родина _28_октября_2010 г. ХИМИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ для специальностей: 080502.65 Экономика и управление на предприятии (в машиностроении) специализация – Антикризисное управление Составитель: Митрофанова В.И. Благовещенск 2010 г. Учебно-методический комплекс предназначен для оказания помощи...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Утверждаю: Ректор ТулГУ М.В.Грязев __ 2011 г. Номер внутривузовской регистрации ООП 15010070100.625.01.01 ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ 150100 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ Профиль подготовки: Материаловедение в машиностроении Квалификация...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru Научно-исследовательский ЦЕНТР МУНИЦИПАЛЬНОЙ ЭКОНОМИКИ Утверждены Приказом Госстроя России от 01.10.99 г. №69 НОРМАТИВЫ ЧИСЛЕННОСТИ РАБОТНИКОВ, ЗАНЯТЫХ ТЕХНИЧЕСКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ И ТЕКУЩИМ РЕМОНТОМ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА, СТРОИТЕЛЬНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ МАШИН НА ПРЕДПРИЯТИЯХ И В ОРГАНИЗАЦИЯХ ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА Москва, 2006 г. Нормативы разработаны Научно-исследовательским центром муниципальной экономики (ранее ФГУП...»

«НЕФТЯНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СССР ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НЕФТЯНОЙ И ГОРНО-ТОПЛИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Москва 1958 АННОТАЦИ Я В книге дан обзор развития нефтяной промышленности Совет­ ского Союза за 40 лет после Великой Октябрьской социалистической революции. Обобщены итоги развития техники бурения, нефтедобычи, пе­ реработки и транспорта нефти. Освещен процесс развития отече­ ственного нефтяного машиностроения. Описывается героический труд советских нефтяников и дости­ жения...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СРЕДСТВА И СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДОСТУПОМ Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний Издание официальное ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москва ГОСТ Р 51241-98 Предисловие 1. РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским центром “Охрана” (НИЦ “Охрана”) Главного управления вневедомственной охраны (ГУВО) МВД России с участием рабочей группы специалистов научноисследовательского института спецтехники (НИИСТ) МВД России, Государственного унитарного...»

«8 Калейдоскоп 21 января 2012 года • № 11 (27496) КНИЖНАЯ ПОЛКА ВЕРНИСАЖ СООБЩЕНИЕ Новая жизнь древних традиций Конкурсный управляющий Открытого акционерного общества История старой девы Ишимбайский завод транспортного машиностроения Витязь, В издательстве Китап вышла уникальная книга Р. Загретди- действующий на основании Решения АС РБ от 27.12.2006 г. по делу нова Школа башкирского горлового пения: учебно-методиче- № А07-8065/РСА-ХРМ, извещает о продаже имущества ОАО Виское пособие. тязь без...»

«КУЛЬТУРОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТ ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕПОДГОТОВКИ ИНЖЕНЕРНЫХ КАДРОВ Заочная и Заочно-сокращенная форма обучения 120100 Технология машиностроения (код ОКСО 151001) 150200 Автомобили и автомобильное хозяйство (код ОКСО 190601) 061100 Менеджмент организации (код ОКСО 080507) 220200 Автоматизированные системы обработки информации и управления (код ОКСО 230102) 210200 Автоматизация технологических процессов и производств (код ОКСО 220301) Курс 1 Семестр 1 Всего часов по учебному плану, час 119...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский Государственный Университет ( ФГБОУ ВПО АмГУ) Кафедра философии Учебно-методический комплекс дисциплины Философия Основной образовательной программы для специальности Специальность – 080502.65. Экономика и управление на предприятиях (в машиностроении) Специализация – Антикризисное управление Благовещенск, 2012. 1 УМКД разработан...»

«Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет Естественнонаучный факультет Кафедра физики СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ по дисциплине ФИЗИКА Часть II: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Направления (специальности) подготовки: 020100 Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность, 020400 Биохимия, 060101 Лечебное дело, 090303 Информационная...»

«• ОФИЦИАЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА / OFFICIAL SUPPORT: Правительство Санкт-Петербурга Government of St. Petersburg Торгово-промышленная палата России Chamber of Commerce and Industry of the Russian Federation Российский союз промышленников и предпринимателей Russian Union of Industrialists and Entrepreneurs • ПРИ СОДЕЙСТВИИ / UNDER THE AUSPICES OF: Национального комитета по сварке РАН National Welding Committee by the Russian Academy of Sciences ОАО Газпром Gazprom JSC Национального Агентства Контроля...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Центр профессионального образования Федерального института развития образования Межгосударственная ассоциация разработчиков и производителей учебной техники (МАРПУТ) РЕКОМЕНДАЦИИ к минимальному материально-техническому обеспечению по направлению подготовки 150000 Металлургия, машиностроение и материалообработка начального и среднего профессионального образования для реализации Федеральных государственных образовательных стандартов Москва...»

«Б. А. Шароглазов М. Ф. Фарафонтов В. В. Клементьев ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: ТЕОРИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ПРОЦЕССОВ Челябинск 2004 Министерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет 621.431.73(07) Ш 264 Б. А. Шароглазов, М. Ф. Фарафонтов, В. В. Клементьев ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: ТЕОРИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ПРОЦЕССОВ Под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, профессора, доктора технических наук Б. А. Шароглазова Рекомендовано...»

«Каталог 2009 НЕОБХОДИМЫЕ ЗНАНИЯ 2-е издание Об издательстве Научные основы и технологии независимое издательство, специализирующееся на выпуске справочной и научной литературы, практических и учебных пособий в области химии, переработки пластмасс, технологии металлов и машиностроения. Сотрудники издательства ориентированы на подготовку книг высокого качества и предоставление безупречного сервиса нашим читателям. Формируя издательский портфель, мы помним, что наша цель – публикация и продвижение...»

«ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ НА ЭТАПАХ КОНСТРУКТОРСКОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА Межвузовский сборник научных трудов Выпуск 12 Воронеж 2013 ФГБОУ ВПО Воронежский государственный технический университет ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ НА ЭТАПАХ КОНСТРУКТОРСКОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА Межвузовский сборник научных трудов Выпуск Воронеж УДК Обеспечение качества продукции на этапах конструкторской и технологической...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Волжский политехнический институт (филиал) ГОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет АННОТАЦИИ ДИСЦИПЛИН И ПРАКТИК К УЧЕБНОМУ ПЛАНУ Подготовки бакалавра по направлению 151900.62 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств профиль Технология машиностроения Квалификация (степень) бакалавр Срок обучения - 4 года (очная форма обучения) Для студентов приема с 2011 года Волжский 2011 ИСТОРИЯ Целью...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тихоокеанский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе подпись С.В. Шалобанов “9_” ноября_2011 г. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ по кафедре Высшая математика МАТЕМАТИКА Утверждена научно-методическим советом университета для направления подготовки 141100.62 в области энергетического машиностроения Хабаровск 2011 г. Программа...»

«1 БЮЛЛЕТЕНЬ НОВЫХ ПОСТУПЛЕНИЙ 1-31 ЯНВАРЯ 2014г. В настоящий Бюллетень включены книги, поступившие в отделы Фундаментальной библиотеки с 1 по 31 января 2014 г. Бюллетень составлен на основе записей Электронного каталога. Материал расположен в систематическом порядке по отраслям знания, внутри разделов – в алфавите авторов и заглавий. Записи включают полное библиографическое описание изданий, шифр книги и место хранения издания в сокращенном виде (список сокращений приводится в Бюллетене)....»

«1 БЮЛЛЕТЕНЬ НОВЫХ ПОСТУПЛЕНИЙ 1-15 ДЕКАБРЯ 2013г. В настоящий Бюллетень включены книги, поступившие в отделы Фундаментальной библиотеки с 1 по 15 декабря 2013 г. Бюллетень составлен на основе записей Электронного каталога. Материал расположен в систематическом порядке по отраслям знания, внутри разделов – в алфавите авторов и заглавий. Записи включают полное библиографическое описание изданий, шифр книги и место хранения издания в сокращенном виде (список сокращений приводится в Бюллетене)....»







 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.