Технологии восстановления деталей, освоенные на предприятии.

Наибольшее применение нашли различные варианты наплавки, плазменного и вакуумного напыления, гальванических методов. У каждого из этих вариантов имеются как свои достоинства, так и недостатки. Так, например, любые из технологий, предполагающие существенный нагрев деталей, особенно локальный, мною, при поиске оптимального процесса, были отвергнуты сразу же.

Причина - риск возникновения остаточных напряжений и изменения физико-химических свойств поверхностных слоев материала детали, появления микротрещин как в поверхностных слоях самой детали, так и в объеме покрытия. Это не всегда критично, но, тем не менее, нередко нивелирует ценность самого восстановления детали и приводит, вопреки ожиданиям, к необратимой потере детали.

Вакуумное напыление предполагает наличие весьма дорогостоящего оборудования и имеет относительно невысокую скорость наращивания слоя металла на восстанавливаемой детали. Кроме того, и наплавка, и напыление, не позволяют изменять твердость наращиваемого слоя непосредственно в ходе процесса, что нередко приводит (с учетом некоторых других причин) к недостаточному сцеплению покрытия с основой и, как следствие,- к отслаиванию его при дальнейшей обработке (например, шлифовке). Наконец, существенным недостатком наплавки и напыления являются высокие требования к качеству подготовки поверхности детали к процессу и ее чистоте.

Традиционная (на постоянном токе, температура 70 - 90°С) гальваника (железнение, никелирование, хромирование) также страдает многими недостатками. Никелирование, например, нельзя применить на деталях со значительным износом и оно не дает высокой твердости покрытия.

Хромирование имеет невысокую скорость осаждения. Железнение не обеспечивает надежного сцепления покрытия с основой, особенно с чугуном и высоколегированными сталями.

Перечисленные выше и некоторые другие причины привели к моему отказу от всех вышеупомянутых технологий.

Технология восстановления изношенных деталей должна обладать следующим минимальным набором свойств:

- не требовать применения дорогостоящих оборудования и материалов;

- не оказывать существенного влияния на физико-химические свойства материала детали;

- обеспечивать надежное сцепление покрытия с основой;

- обеспечивать высокую твердость и износостойкость покрытия;

- работать при невысокой (в идеале - комнатной) температуре;

- допускать возможность хотя бы частичной автоматизации процесса.

Всеми этими свойствами, и даже более, обладает изобретенная еще в 1960-х годах и почему-то до сих пор недостаточно широко распространенная технология холодного железнения на асимметричном переменном токе.

Основными свойствами данной технологии являются:

- нет необходимости в дорогостоящих оборудовании и материалах;

- практически не изменяются физико-химические свойства материала восстанавливаемой детали;

- работа проводится при температуре электролита 18 - 25°С;

- возможно регулирование твердости покрытия в пределах 18 - 62 ед. HRC (без закалки!);

- обеспечивается высокая прочность сцепления покрытия с основой;

- возможно осаждение как железа, так и железо-никелевого сплава, а также, при необходимости, любых других материалов, поддающихся осаждению гальваническим способом;

- возможно восстановление как наружных, так и внутренних поверхностей, на всей площади детали или только части ее, как в ванне, так и, при наличии некоторых приспособлений, вне ее;

- возможно восстановление деталей с износом до 2 - 3 мм на диаметр;

- возможна автоматизация процесса на уровне управления его режимами.

Эта технология позволяет не только восстанавливать детали, но и упрочнять их, не прибегая к процессу закалки. Более того, можно даже изготавливать некоторые детали из мягкой стали (типа Ст3, к примеру), затем железнить их, плавно увеличивая твердость покрытия от минимума до требуемой величины. В итоге получим деталь с износостойкой и твердой поверхностью и вязкой сердцевиной, что автоматически исключает возможность того, что эта деталь "лопнет". Износостойкость полученной таким образом детали превышает аналогичный показатель изготовленной традиционным способом в 2-2,5 раза! Рассмотрим, вкратце, основы этой технологии.

Упрощенная схема соответствующей установки выглядит следующим образом:

 

Рисунок 1.3.8 Технология восстановления деталей.

 

Как видно из приведенной схемы, ток, снимаемый со вторичной обмотки трансформатора T1, в один полупериод проходит через диод VD1 и потенциометр P1, в другой - через VD2 и P2. Очевидно, что при равных сопротивлениях потенциометров ток на выходе схемы будет иметь симметричную форму. В этом случае количество металла, осажденного на детали, будет равно количеству металла, растворенного с поверхности детали. Как известно, осаждение металла на деталь происходит в том случае, если последняя будет иметь отрицательный потенциал, т.е. будет катодом, а растворяемый электрод - положительный, т.е. этот электрод будет являться анодом. Из рисунка видно, что величина положительного потенциала детали зависит от сопротивления P1, отрицательного - P2. Таким образом, регулируя соотношение сопротивлений этих потенциометров, можно регулировать соотношение количеств металла, осажденного на деталь и растворенного с нее.

Наиболее важными параметрами для проведения процесса являются два:

1. Плотность тока отрицательного (катодного) полупериода, регулируемого с помощью P2,- Dк=Iк/S, A/дм 2, где I к -сила катодного тока (А), S-площадь восстанавливаемой поверхности (дм 2);

2. Катодно-анодное соотношение токов - B=Iк/Ia, где Iк и Iа - силы катодного и анодного токов соответственно.

Первый параметр влияет на скорость процесса осаждения металла, от второго зависят свойства осаждаемого покрытия. Так, исследованиями установлено, что если начать процесс при В=1.3, а затем постепенно довести этот параметр до В=8..10, то внутренние напряжения покрытия будут развиваться также постепенно, а отсутствие больших внутренних напряжений на пограничном слое (деталь - покрытие) дает возможность получать надежное сцепление покрытия с любой маркой стали и даже с чугуном. От катодно-анодного соотношения зависит также и твердость получаемого покрытия. Так, измерения, проведенные с помощью твердомера ПМТ-3, показали, что твердость покрытия можно изменять в пределах от 190 до 630 кгс/мм 2, что соответствует 18..62 HRC, при В=1.3..8. От величины В зависит также структура покрытия и его износостойкость, при этом максимальная величина износостойкости достигается при В=8..10.

Таким образом, изменяя величины приведенных параметров, можно в широких пределах варьировать свойствами осажденного покрытия. Поскольку ничто не мешает изменению этих параметров непосредственно в ходе процесса, то мы получаем чрезвычайно гибкую и удобную возможность восстановления/упрочнения/изготовления деталей.

Если подразумевать под преобразователем тока трансформатор, диоды и схему управления токами, то, в общем случае, список необходимого оборудования выглядит так:

- преобразователь тока;

- ванна для пассивирования деталей;

- ванна для осаждения покрытия;

- ванна для холодной (проточной) промывки деталей;

- необязательно, но желательно, ванна для горячей промывки деталей;

- вентиляция;

- водопровод;

- накопительная канализация.

Мощность преобразователя тока и размеры ванн определяются, исходя из количества и размеров восстанавливаемых деталей. При этом надо исходить из требуемой плотности тока - при пассивировании до 100 А/дм 2, при восстановлении - до 40 А/дм ².

Какие материалы и химикаты используются?

Их также не так уж много:

- прутковая малоуглеродистая сталь марок Ст3, Ст5, 10, 20 для анодов;

- двуххлористое железо;

- серная кислота;

- иодистый калий;

- соляная кислота;

- хлористый никель, если необходимо;

- защитная мастика, если необходимо нанесение покрытия на часть поверхности детали.

Кроме того, понадобятся химикаты и индикаторные бумаги для периодического контроля и корректировки состава электролита, желательно наличие pH-метра.

Последовательность операций при восстановлении изношенных деталей по описанной технологии:

- механическая обработка восстанавливаемых деталей;

- пассивирование деталей;

- холодная проточная промывка;

- осаждение покрытия;

- холодная проточная промывка;

- горячая промывка (если есть);

- шлифовка или расточка под требуемый размер.

Приведенные здесь списки оборудования и материалов, а также последовательность операций ориентированы на нанесение только железа или железа - никеля. Поскольку данная технология, как и любой другой гальванический процесс, очень легко расширяема и может применяться для массы других покрытий, включая самые экзотические, то списки оборудования, материалов (в особенности), состав и последовательность операций дополняются в зависимости от конкретных требований.

Постоянное возрастание затрат на ремонтообслуживание требует изыскания более прогрессивных форм и методов ремонта оборудования. К таким формам и методам относятся специализация и централизация ремонта оборудования, расширение передовых методов ремонта (узловой), внедрение прогрессивной технологии ремонтных работ и их механизация, совершенствование организации труда ремонтного персонала и т.п. Важнейшим направлением следует считать всемерное расширение централизованной формы организации ремонта на основе специализации ремонтных работ, т.е. развитие специализированных ремонтных предприятий и централизованное изготовление запасных частей. Организация специализированных предприятий создает условия для эффективного применения в ремонтном производстве высокопроизводительного оборудования и оснастки, прогрессивных технологических процессов и методов труда, свойственных серийному и поточному производству. Централизация ремонта может осуществляться в масштабе отдельных предприятий, отраслей и народного хозяйства в целом. В масштабе завода могут создаваться крупные ремонтные цехи, осуществляющие производство запасных частей и капитальный ремонт оборудования. В крупных цехах целесообразно создавать специализированные бригады по ремонту одномодельного оборудования, стандартных узлов различной аппаратуры.

При наличии большого количества заводов определенной отрасли в одном экономическом районе целесообразно при головном предприятии создать крупный ремонтный завод или цех отраслевого значения для производства запасных деталей и отдельных видов ремонта. Межотраслевая централизация целесообразна для ремонта наиболее массовых моделей оборудования с применением обменного парка оборудования при станкостроительной промышленности. При этом ремонт должны осуществлять либо заводы, производящие данное оборудование, либо специальные заводы.