5. Указания по охране труда

5.1. Обязательно пройти инструктаж по технике безопасности при работе на установке КДМ12М и пескоструйной установке.

5.2. Перед началом работы ознакомиться с расположением и назначением всех частей установок.

5.4. Работу на установках проводить в присутствии преподава­теля или учебного мастера.

5.5. Запрещается отходить от установки во время исследования.

5.6. Указания по технике безопасности при работе на установках в полном объеме приведены в специальных инструкциях.

6. Содержание отчета

6.1. Цель работы.

6.2. Схема электродуговой металлизации.

6.3. Эскиз образца для напыления с геометрическими размерами.

6.4. Используемое оборудование, инструменты ч материалы.

6.5. Порядок выполнения работы. Результаты измерений и расчётов.

6.6. Сводная таблица 2.

6.7. Дать объяснения полученным результатам.

7. Контрольные вопросы

7.1. Что называется электрометаллизационным напылением?

7.2.. В чем состоит универсальность и эффективность рассматриваемого способа?

7.3. Какие существуют ограничения при выборе восстанавливаемой поверхности?

7.4. Устройство и принцип действия электродуговых аппаратов.

7.5. В чем состоит сущность технологии нанесения металлизационных покрытий?

7.6. Охарактеризуйте основные методы предварительной подготовки поверхности основы.

7.7. Расскажите об элементах режима напыления.

7.8. Раскройте методику выбора параметров режима напыления.

7.9. Назовите основные факторы процесса напыления, влияющие на коэффициент усвоения распыленного металла и плотность покры­тия.

7.10. Какие материалы применяются для электродуговой металлизации?

7.11.. Назовите области применения металлизационных покрытий.

Рекомендуемый библиографический список

1. Дальский А Л. и др. Технология конструкционных; материалов.II.: Машиностроение, 1992.- 448 с.

2. Кудинов B.B., Бобров Г .В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование М.: Металлургия, 1992.

3. Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы, М. Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998г. 589с.

4. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов, М ,Высшая школа, 2002г. 636 с.

Лабораторная работа № 11 Определение прочности электрометаллизационных покрытий на плоских и цилиндрических деталях

Цель работы

Освоить методику предварительной оценки прочности металлического покрытия с целью определения его оптимальной толщины

1.Основные теоретические представления

Основной причиной низкой прочности покрытий является наличие в них больших разрушающих остаточных напряжений. Возникновение остаточных напряжений связано с различием температуры частиц и основы, их коэффициентами термического расширения, усадкой при кристаллизации, соотношением толщин покрытия и основы. Бессистемный (необоснованный) выбор толщин покрытий часто приводит к их разрушению в процессе напыления, при механической обработке, а также в период эксплуатации изделий. Поэтому в работе излагается методика, позволяющая назначать толщину покрытия с учётом её влияния на уровень остаточных напряжений.

Сравнительный анализ действующих сил в покрытии на плоской поверхности (рис.1) показал: а) наибольшее разрушающее действие на ма­териал покрытия оказывают растягивающие остаточные напряжения σ^р _ост;

б) величина предела прочности материала покрытия σ_в лимитирует прочность покрытия. Все остальные технологические параметры (форма напыляемой поверхности, способы её подготовки и др.) будут оказывать влияние через эти факторы. Для надежной прочности покрытия на плоской поверхности необходимо обеспечить соотношение

σ^р _ост < σ_в (1)

Практика напыления показывает, что критическая толщина покрытий на выпуклой замкнутой поверхности в 1,5-3 раза больше, чем на плоской поверхности. Причина повышения состоит в более благоприятном для покрытия перераспределении составляющих остаточных напряжений (рис.2). В этом случае превалирующими разрушающими силами будут касательные остаточные напряжения σ^к _ост. Причем сопротивление действию этих сил будет усиливаться с ростом высоты рельефа на поверхности основы. Таким образом, на выпуклой замкнутой поверхности касательные остаточные напряжения будут встречать противодействие целого комплекса сил, которые можно охарактеризовать как прочность сцепления покрытий с основой - σ_сц, Запас прочности покрытий на наружных цилиндрических поверхностях будет обеспечен при условии, если

σ_сц < σ^к _ост (2)

Рис.1. Распределение составля­ющих остаточных напряжений в покрытии на плоской поверхности: Р_отр - отрывающие силы; σ^р _ост -растягивающие напряжения; Н_ср- средняя высота неровностей; h-толщина покрытия; Н - высота основы

Рис.2. Распределение составляющих остаточных напряжений в покрытии на наружи, цилиндрической поверхности: Р_пр - прижимающие силы; σ^к _ост -касательные напряжения; D(H)-диаметр основы

Примечание: Условное обозначение электрометаллизационного покрытия. Мет - покрытие, нанесенное методом электродуговой металлизации; Л -материал покрытия; А - алюминий, Ж -сталь, Ц - цинк, М - медь; 160- цифра обозначает толщину покрытия в мкм.

Растягивающие σ^р _ост или касательные σ^к _ост остаточные напряжения в покрытии можно рассчитать по следующей формуле:

σ^к _ост = (Е_{2 •}(₁-₂) /1+Е₂ •Н/Е₁•h) • ((T2-T1)/1-) Н/м² (3)

Е_1, Е₂ - модули упругости материала основы и покрытия (табл.2);

₁, ₂ - коэффициенты термического расширения материалов основы и покрытия (табл.2);

T2, T1-температуры основы (Т= 20°С) и плавления материале покрытия (табл.2);

H (D),h - толщина (диаметр) основы и покрытия (табл.1);

= 0,25 - обобщенный коэффициент Пуассона (табл.2).

Зависимость прочности сцепления слоя с цилиндрической поверхностью, от ряда технологических факторов можно оценить с помощью формулы:

σ_сц  (E₂ •₂•(T2-T1)•D/•h) • A•H_ср , Н/м² (4)

где D - наружный диаметр вала, м (табл. 1);

А - коэффициент (табл.5);

h - толщина покрытия, м (табл. 1);

Е₂ - модуль упругости материала покрытия, Н/м² (табл.2);

₁ - коэффициент терм. расширения материала покрытия , 1/град (табл. 2)

T2, T1 - температура основы (Т₁= 20°С) и плавления матер. покрытия(табл.2);

Н_ср - средняя высота неровностей на поверхности основы, мкм.