Попов. восстан детал

ционных материалов. Для этого используют сопрягаемую деталь, смазанную разделительным составом.

Материал Реком-Б по уровню свойств превосходит зарубежные аналоги. Базовый состав является основой для разработки материалов, обладающих специальными свойствами. Например, Реком-В – адгезией к влажной поверхности, «Реком-М» – адгезией к замаслянной поверхности, «Реком-Ж» – повышенной термостойкостью, «Реком-И» – повышенной износостойкостью, «Реком-0» – для использования при отрицательных температурах в полевых условиях, «Реком-супер» – композит нового поколения с адгезией к стальной поверхности до 35 МПа (зарубежных аналогов не имеет).

Материал «УНИРЕМ» успешно применяется при ремонте радиаторов систем охлаждения двигателей, блоков цилиндров, трубопроводной арматуры, а также глушителей.

Технология применения материалов для холодной молекулярной сварки. Поверхность детали должна быть предварительно очищена ручным или механизированным инструментом. В первом случае используют шабер, напильник, кард-щетку, наждачную шкурку; во втором – электроили пневмоинструмент, на шпинделе которого закреплены шлифовальные диски на фибровой основе, проволочные щетки, шарошки и т. д.

В производственных условиях для очистки и подготовки поверхностей таких деталей машин, как блок цилиндров, картер, головки цилиндров и других корпусных деталей применяют дробеструйные аппараты. Детали из алюминия, его сплавов и других легких материалов обрабатывают в гидропескоструйных установках.

После подготовки поверхности ее обезжиривают одним из вышеописанных способов. Для нанесения покрытия ХМС готовят полимерные композиции вручную или механизированным способом. Отвердитель вводят в смесь при тщательном ее перемешивании в течение 4...5 мин непосредственно перед применением состава. Рекомендуется готовить состав порциями по 50... 100 г на металлических, эмалированых или облицованных полиэтиленом поддонах, имеющих большую поверхность и малую высоту стенок. Толщина слоя в поддоне не должна превышать 10 мм. Срок технологической пригодности состава не более 30 мин, после чего он теряет пластичность.

Ремонт методом ХМС производят в хорошо вентилируемом помещении, имеющем местные отсосы воздуха, подключаемые к вытяжной вентиляционной системе. На подготовленную поверхность металлическим шпателем наносят композицию, тщательно втирая ее во все неровности и зазоры, образованные между наращиваемой поверхностью де-

161

тали и стенкой формы. Чтобы клеевая композиция не прилипала к рабочим поверхностям формы, их покрывают разделительным слоем специального состава (двухпроцентный раствор полиизобутилена в бензине). На рабочем месте деталь устанавливается так, чтобы восстанавливаемая поверхность находилась в горизонтальной плоскости. В отдельных случаях, чтобы предупреждать стекания композиции с наклонной поверхности детали, на нее накладывают бумагу. Чтобы состав не затекал в гладкие или резьбовые отверстия, их закрывают резиновыми или деревянными пробками, обернутыми бумагой. Щели заполняют пластилином. Если состав наносят с целью наращивания изношенной поверхности, то предусматривают припуск 0,15...0,20 толщины наращиваемого слоя на последующую механическую обработку.

При нанесении на детали компонентов Реком-Б следует иметь в виду, что отверждение композиции начинается с момента введения в

его состав отвердителя. «Жизненность» композиции (длительность сохранения агрегатного состояния композиции, удобного для ее использования) 30 мин, а отверждение происходит при комнатной температуре в течение суток.

Термообработка композиции при температуре 50...100 °С приводит к повышению ее прочностных характеристик, вследствие чего может быть рекомендован следующий режим отверждения: 3 ч при температуре 20 °С и еще 3 ч при температуре 80 °С.

Механическая обработка материалов ХМС. При обработке восстанавливаемых деталей на металлорежущих станках для охлаждения резца и удаления стружки применяют сжатый воздух. Из-за скольжения инструмента по обрабатываемой поверхности применять охлаждающие жидкости не рекомендуется. Во избежание выкрашивания материала деталей и изменения их размеров режущие кромки инструмента должны быть остро заточенными. Износ режущего инструмента при обработке полимеров может быть значительно больше, чем при обработке металлов, из-за неоднородности и абразивного действия наполнителей. Обычно применяют режущий инструмент из быстрорежущей стали и твердых сплавов. Следует учитывать свойства обрабатываемого материала и соответственно применять тот или иной режущий инструмент, обеспечив необходимые углы заточки и режимы обработки. Отверстия в деталях из полимеров после сверления несколько сужаются. Поэтому сверла и метчики следует выбирать на 0,5...0,15 мм больше требуемого по чертежу диаметра отверстия или резьбы.

Шлифование полимеров выполняют на наждачных полотнах и абразивными кругами на шлифовальных станках со скоростью 25...40 м/с. Рекомендуется применять круги диаметром 300...500 мм, толщиной

162

8...9 см, набранные из плотных полотняных, суконных и фланелевых кружков. Эти круги смазываются пастой из тонкоизмельченной пемзы с водой. Шлифование ведут при легком нажиме с равномерным передвижением детали, избегая разогревания. Для шлифования отвержденных композиций применяют белый электрокорунд с зернистостью 46 и твердостью СМ-1. Глубина резания 0,5 мм, скорость перемещения детали 0,5 м/мин, круговая скорость 35 м/с.

С помощью технологии ХМС можно успешно заделывать трещины на поверхностях деталей машин. Различают короткие (до 150 мм) и длинные (более 150 мм) трещины, а также трещины на тонколистовых и толстостенных деталях. Применяется несколько способов заделки трещин. Операции по заделке трещин выполняются в такой последовательности:

•определяют границы трещины с помощью лупы 8... 10-кратного увеличения и просверливают по концам границы отверстия диаметром

2...3 мм;

•снимают фаску под углом 60° на глубину 2...3 мм вдоль трещины по всей ее длине. Фаску с углом 90...120° не рекомендуется применять. При длине трещин 30... 50 мм фаску можно не снимать;

•зачищают поверхность на расстоянии 25...30 мм по обе стороны трещины до металлического блеска, для чего рекомендуется использовать обдирочно-шлифовальный станок с гибким валом или шлифовальные машины УПМ-1, И-44 или ПШМ-08-60, а также напильник, шабер

ит.д.;

•очищенный участок и трещину обезжиривают ацетоном с помощью тампона или кисти. Обезжиренный участок сушат при температуре 20 °С в течение 5...10 мин;

•композицию «Реком» наносят на подготовленную поверхность и тщательно ее растирают. Целесообразно располагать поверхность детали горизонтально;

•накладку из стеклоткани располагают так, чтобы она перекрывала трещину на 15...20 мм, и прикатывают ее роликом или прижимают шпателем для удаления пузырьков воздуха. Стеклотканевую накладку, предварительно очищенную в кипящей воде в течение 2...3 ч, обезжиривают ацетоном. При длине трещин до 30 мм накладку можно не применять;

•на стеклоткань наносят соответствующий состав композиции Реком ровным слоем;

•второй слой стеклоткани накладывают так, чтобы он перекрывал по контуру первый на 5...10 мм;

163

• слой композиции «Реком» наносят, не допуская наличия не покрытых композицией мест стеклотканевой накладки. Количество наносимых слоев стеклоткани зависит от длины трещины, однако нецелесообразно наносить более трех слоев. Подтеки композиции снимают шпателем.

Композиция затвердевает при комнатной температуре или после применения смешанного способа (сначала при комнатной температуре, а затем при температуре 80 °С). Время начала прогревания должно выбираться таким, чтобы обеспечилось частичное отверждение композиции. Это условие выполняется, если время от начала введения отвердителя до начала прогревания больше, чем время схватывания. Время отверждения композиции Реком 30 мин. Не допускается резкое нагревание детали сразу после нанесения композиции, так как это приводит к стеканию композиции, получению неравномерного ее состава и недостаточно прочному склеиванию.

После отверждения зачищают подтеки и наплывы состава, проверяют качество заделки трещины внешним осмотром. Отставание накладок от поверхности не допускается.

Деталь испытывают на гидравлическом стенде давлением воды 2943·102...3294-102 Па в течение 2 мин. Просачивание воды через заделанную трещину не допускается.

Детали, имеющие пробоины, ремонтируются с помощью композиции «Реком-Б» установкой специальных накладок. При небольших пробоинах (диаметром до 25 мм) накладки изготавливают из стеклоткани при диаметре трещины более 25 мм и плоских стенках детали применяют металлические пластины. При небольших пробоинах пластины могут быть укреплены винтами или с помощью дополнительных сверлений в стенке корпуса, куда проникает ремонтная композиция и после отверждения обеспечивает прочную заделку пробоины.

Операции по нанесению и отверждению полимерных составов проводят аналогичным образом, как и случае заделки трещин на деталях. При заделке больших пробоин с помощью металлических заплат необходимо обращать внимание на плотность прилегания заплат к детали.

2.12.3. ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ

Термическая обработка стали. Основными видами термической обработки, изменяющими структуру и свойства стали, является отжиг, нормализация, закалка, отпуск и обработка холодом. Любой процесс термической обработки металла состоит из процессов нагревания до за-

164

данной температуры, выдержки и охлаждения. Длительность нагревания и выдержки детали при заданной температуре зависит от вида нагревающей среды, формы изделия, его теплопроводности и от времени, необходимого для завершения структурных превращений. Скорость охлаждения выбирают в зависимости от вида термической обработки, назначения изделий, подвергающихся термообработке, и химического состава стали. Скорость охлаждения изменяют подбором сред с разной охлаждающей способностью.

Отжиг – вид термической обработки, состоящий из процессов нагревания стали до определенной температуры, выдержки и последующего, как правило, медленного охлаждения в печи для получения более равновесной структуры. Отжиг проводят для улучшения обрабатываемости стали резанием и давлением, снижения твердости, увеличения пластичности и вязкости, снятия внутренних напряжений. Применяют следующие виды отжига: полный, неполный, диффузионный, рекристаллизационный и отжиг для снятия остаточных напряжений.

Полный (смягчающий) отжиг заключается в нагревании стали до температур на 30...50 °С выше температур, соответствующих на диаграмме критическим точкам Ас3 (линия GS) и выдержке с последующим медленным охлаждением в печи со скоростью 20...50 °С/ч. Этому виду отжига подвергают конструкционную сталь для создания мелкозернистой структуры, что способствует повышению ее вязкости, снижению твердости и повышению пластичности, а также снятию внутренних напряжений, например в зоне сварного шва.

Неполному отжигу подвергают инструментальные стали. Инструментальную сталь нагревают до температуры примерно 780 °С.

При последующем медленном охлаждении образуется структура, способствующая повышению вязкости, пластичности, снижению твердости стали.

Диффузионный (гемогенизационный) отжиг проводят для выравнивания химического состава фасонных отливок в основном легированных сталей, у которых такая неоднородность сильно выражена. Выравнивание химического состава происходит благодаря диффузионным процессам, поэтому температура отжига должна быть высокой (1100...

1200 °С). Отжиг (выдержка) длится 8...15 ч, после чего заготовки охлаждают вместе с печью до температуры 800...850 °С в течение 6...8 ч; заготовки окончательно охлаждают на воздухе.

Отжигу для снятия остаточных напряжений подвергают в основном сварные соединения и отливки, нагревая их до температур, при которых фазовые превращения отсутствуют, т. е. до температур ниже 727 °С. В результате отжига при температуре 600 °С в течение 20 ч на-

165

пряжения почти полностью снимаются независимо от их начального значения. Для сокращения продолжительности отжига температуру нагревания увеличивают до 680... 700 °С.

		Отжиг является		длительной
		операцией и может продолжаться
		до 10...20 ч, поэтому часто вместо
		отжига для деталей из углеро-
		дистой стали применяют норма-
		лизацию.
		Нормализацией		называют
	Рис.2.64. Оптимальный интервал	процесс термической обработки,
		проводимый для	улучшения об-
	закалочных температур	рабатываемости	стальных дета-
	углеродистых сталей
		лей резанием, исправления струк-

туры сварных швов и структуры перегретой (после горячей обработки давлением) и литой сталей, а также для подготовки стали к последующей термической обработке – закалке. Сталь нагревают до температуры на 30...50 °С выше температур, соответствующих критическим точкам Ас3 (для конструкционной стали) или Асm (для инструментальной стали) с последующим охлаждением на воздухе.

Закалка – самый распространенный вид термической обработки, состоящий в нагревании стали до оптимальной температуры, выдержке при этой температуре с последующим быстрым охлаждением. В результате закалки повышается прочность, твердость, износостойкость и предел упругости стали, а пластичность понижается. При закалке конструкционных сталей (деталей машин) (рис 2.64), деталь нагревают выше точки Ас3 на 30...50 °С и охлаждают со скоростью выше критической (150...200 °С/с). В результате этого поверхность детали приобретает твердость (51,5...66 HRC).

Для инструментальных сталей применяют неполную закалку, заключающуюся в нагревании детали выше точек Ас1 (рис.2.64, линия SK), выдержке в печи для полного прогрева и завершения структурных превращений и последующем охлаждении.

Скорость охлаждения стали, нагретой до температуры закалки, оказывает решающее влияние на результат термической обработки.

В качестве охлаждающих сред при закалке используют воду, водные растворы солей, щелочей и масло, которые имеют различную охлаждающую способность. Воду применяют для охлаждения сталей, которым свойствена большая критическая скорость закалки, а масло – для охлаждения легированных сталей, имеющих малую критическую скорость закалки.

166

Основной недостаток воды как охлаждающей среды – высокая скорость охлаждения, которая приводит к возникновению больших структурных напряжений и создает опасность образования трещин.

Для ответственных деталей из углеродистой стали, особенно из сталей для инструментов, применяют закалку в воде и масле. Преимущество масла как охладителя заключается в том, что оно обеспечивает небольшую скорость охлаждения, поэтому опасность образования трещин резко снижается. Недостаток машинного масла как охладителя – легкая воспламеняемость, пригорание к поверхности деталей.

Способ закалки выбирают в зависимости от марки стали, формы и размеров деталей, а также от технических требований, предъявляемых к этим деталям.

При закалке в одном охладителе нагретые детали погружают в одну из закалочных сред – воду или масло. При этом деталь следует перемещать так, чтобы ее поверхность все время соприкасалась с холодной охлаждающей жидкостью во избежание образования «паровой рубашки» вокруг детали, мешающей отводу теплоты. На качество закалки влияет также и способ погружения. Мелкие изделия (например, винты, шурупы, гайки) можно погружать в термическую ванну беспорядочно. При погружении в охладитель деталей типа валов и осей продольная ось этих деталей должна быть перпендикулярна к поверхности охлаждающей жидкости.

Закалка холодом – процесс термической обработки, при котором деталь подвергают дополнительному охлаждению, что способствует снижению хрупкости и повышению твердости стали. Для обработки холодом закаленные детали помещают в холодильник, где при температуре от –40 до –100 °С охлаждают. Распространенным охладителем является смесь из твердой углекислоты с ацетоном (–78 °С).

В результате низкотемпературной обработки происходит стабилизация размеров и увеличение твердости детали, повышается износостойкость и предел выносливости цементированных деталей, снижается их ударная вязкость.

Изотермическая закалка обеспечивает минимальные внутренние напряжения в стали, а также удовлетворительное сочетание твердости (46,5...56 HRC) и вязкости. Эти свойства важны для таких деталей, как пружины или ударный инструмент.

Поверхностной закалке подвергают такие детали, как шестерни, валы, оси, кулачки, пальцы для муфт, работающие на истирание и подвергаемые динамическим (ударным) нагрузкам. Для таких деталей необходимы высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя, а их сердцевина должна быть вязкой и иметь повышенную усталостную

167

прочность. Перечисленное сочетание свойств можно придать изделиям, применив индукционную закалку токами высокой частоты (ТВЧ).

При закалке ТВЧ деталь или участок детали, требуемый закалки, помещают в индуктор, изготовленный из медной трубки, в которую подается охлаждающая вода. К индуктору через трансформатор от специального генератора подводится ток высокой частоты (8...500 кГц). Внутри индуктора возникает переменное магнитное поле, индуктирующее на поверхности детали электродвижущую силу, под действием которой в металле возникают электрические вихревые токи. Эти токи вызывают нагревание детали до высокой температуры в течение нескольких секунд, а затем обеспечивают ее охлаждение. После закалки деталь подвергают низкому отпуску. Толщина закаленного слоя составляет 1...10 мм, ее можно регулировать, изменяя частоту тока.

Отпуск – вид термической обработки, состоящий в нагревании закаленной стальной детали ниже критических точек Ас1 (рис. 3.33, линия PSK) в интервале температур 150...650 °С, выдержке и последующем охлаждении с любой скоростью, так как при этом виде термической обработки фазовых превращений не происходит (т.е. температура отпуска не должна превышать 727 °С). Цель отпуска – ослабить или полностью предотвратить появление внутренних напряжений, возникающих при закалке, уменьшить хрупкость и твердость, а также повысить вязкость закаленной стали.

При отпуске закаленных сталей в результате нагревания происходит переход от более твердых, но менее устойчивых структур к менее твердым, но более устойчивым структурам. В зависимости от температуры нагревания различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск заключается в нагревании закаленной стали до температуры 150...250 °С, непродолжительной выдержке (от 30 мин до 1,5 ч) при этой температуре и последующем охлаждении деталей в машинном масле или на воздухе. После низкого отпуска твердость поверхности не изменяется, но уменьшаются остаточные закалочные напряжения и несколько повышается вязкость. Такой вид отпуска применяют для режущего и измерительного инструмента, например сверл, метчиков, плашек, калибров, скоб, шаблонов.

Средний отпуск состоит в нагревании деталей до температуры 300...500 °С. Детали приобретают упругие свойства при сохранении высокой прочности. Такому виду отпуска подвергают пружины, рессоры, мембраны.

При высоком отпуске стальные детали нагревают до температуры 450...650 °С, выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. Закалку вместе с последующим высоким отпуском называют улучше-

168

нием стали. После этого отпуска детали приобретают повышенную твердость поверхности. Этому виду отпуска подвергают в основном ответственные детали машин, например валы, оси, зубчатые колеса.

Термомеханическая обработка стали (ТМО) – вид обработки, при котором значительно повышается прочность стали и почти не снижается ее пластичность. Этот вид обработки состоит в закалке, отпуске и последующем пластическом деформировании детали. Пластическое деформирование при ТМО осуществляют прокаткой, ковкой, штамповкой. Различают высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО) термомеханическую обработку. При ВТМО сталь нагревают до температуры выше точки Ас3 (т. е. до 1000...1100 °С), пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 20...30 %), немного охлаждают и проводят закалку.

При НТМО сталь нагревают до температуры выше точки Ас2, охлаждают до температуры, более низкой, чем температура рекристаллизации стали (450...550 °С), и подвергают детали пластической деформации при этой температуре (степень деформации 75...95 %). В закалочную среду детали помещают при температуре деформирования.

В обоих случаях после закалки следует низкий отпуск. ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО – только легированные.

По сравнению с обычной закалкой при ТМО получают более высокие механические свойства стали.

Химико-термическая обработка деталей. В ремонтной практике широко применяют такие виды химико-термической обработки, как цементация, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация.

Цементация стали – процесс насыщения поверхностного слоя углеродом при нагревании без доступа воздуха до температуры выше точки Ас3 (до 900...950 °С) в среде углерода или газов, содержащих углерод. Цементацию проводят для получения высокой твердости поверхностного слоя при условии сохранения мягкой и вязкой сердцевины, а также для повышения износостойкости и предела выносливости стальных деталей, что обеспечивается термической обработкой после цементации (закалкой и низким отпуском).

Обычно цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25 %, в результате чего твердость внутренних слоев детали после закалки не изменяется и остается равной 160...170 НВ, а твердость поверхностного слоя повышается до 600 НВ. Толщина цементованного слоя для деталей 0,5...2 мм, для измерительного инструмента – 0,3...1 мм, а концентрация углерода в поверхностном слое 0,8...1,0 %. Различают цементацию твердым карбюризатором и газовую.

169

Более широко применяют цементацию в газовых средах как высокопроизводительный способ. В качестве карбюризатора используют, например, природные газы метан СН4, пропан или бутан, которые при нагревании диссоциируют с выделением атомарного углерода.

Детали нагревают до температуры 900...950 °С в специальных герметически закрытых печах, в которые подается карбюризатор. При цементации газообразным карбюризатором длительность процесса сокращается в 2,5...3 раза по сравнению с цементацией твердым карбюризатором. Заданная концентрация углерода в поверхностном слое обеспечивается автоматическим регулированием состава газа.

При цементации твердым карбюризатором детали, насыщаемые углеродом, после предварительной очистки от ржавчины и жиров укладывают в металлические ящики и засыпают карбюризатором, состоящим в основном из древесного угля с добавлением углеродистого бария ВаСО3, соды Na2CО3, углекислого кальция СаСО3 и крахмала в количестве, составляющем 10...40 % массы угля. Крышку ящика для его герметизации обмазывают огнеупорной глиной. Продолжительность цементации в печи в зависимости от размеров ящика и количества загруженных деталей составляет 10...20 ч. После цементации детали в ящиках охлаждают вместе с печью или на воздухе, а затем подвергают закалке и низкому отпуску. Цементации подвергают зубчатые колеса, шейки валов, плунжеры насосов, червяки, звездочки и другие детали.

Азотирование стали – процесс насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагревании ее в среде аммиака NH3. Азотирование проводят для повышения твердости поверхностного слоя деталей, износо- и теплостойкости, а также коррозионной стойкости.

Азотированию подвергают детали, прошедшие термическую обработку (закалку с высоким отпуском) и обработку резанием. На неазотируемые участки наносят электролитическое покрытие оловом. Внутренние резьбы и отверстия защищают обмазками. Детали укладывают равномерно в герметически закрытый муфель (реторту), который помещают в электропечь. В муфель из баллонов подается аммиак, который при нагревании разлагается, образуя атомарный азот. Азот, внедряясь в поверхность деталей, взаимодействует с железом, образуя нитриды Fe2N, Fe4N.

Процесс азотирования продолжается 3...90 ч, а последующее медленное охлаждение печи с деталями – 4...5 ч. Глубина азотированного слоя зависит от температуры и времени выдержки (0,25...0,65 мм).

Различают прочностное азотирование, которое проводят для повышения твердости, износостойкости и усталостной прочности, и про-

170