СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF RECONDITIONING WORNOUT PARTS FROM ALUMINIUM ALLOYS

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, например, для восстановления с упрочнением поджимных и подшипниковых блоков шестеренных насосов типа НШ-К.
В ремонтном производстве известен способ восстановления изношенных деталей из алюминия и его сплавов, включающий приращение восстанавливаемой поверхности, ее растачивание до определенных размеров и упрочнение микродуговым оксидированием (МДО) в щелочном электролите [патент РФ 2119420, В23Р 6/00, опубл. в Б.И. №27, 1998 г.].
Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получить одинаковую твердость по толщине упрочняющего покрытия, вследствие чего восстановленные детали значительно изнашиваются в начальный период эксплуатации.
Известен способ формирования износостойких покрытий на поверхности черных и цветных металлов, включающий приращение основы (нанесение подслоя из легкоплавкого сплава, а затем алюминийсодержащей композиции) и ее последующее МДО в щелочном электролите на 2/3 толщины слоя алюминийсодержащей композиции [патент РФ 2026890, C25D 11/02, опубл. в Б.И. № 2, 1995 г.].
Недостатком данного способа является то, что при восстановлении с упрочнением деталей из алюминиевых сплавов ведение МДО на 2/3 толщины слоя алюминийсодержащей композиции приводит к уменьшению долговечности восстановленных поверхностей деталей из-за снижения толщины и ухудшения физико-механических свойств сформированного на них упрочняющего покрытия. Производительность способа также является низкой, так как при приращении вначале наносится подслой, что увеличивает количество операций и является необходимым условием для ведения МДО только на черных металлах.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, включающий наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали МДО в щелочном электролите с содержанием 7 г/л гидроксида натрия и 15…16 г/л калиевого жидкого стекла с использованием анодно-катодного режима и пропитку упрочняющего покрытия авиационным маслом [патент РФ 2252122, В23Р 6/00, C25D 11/18, опубл. в Б.И. № 14, 2005 г. - прототип].
Однако МДО на предлагаемых режимах не позволяет получить достаточную объемную пористость покрытия, вследствие чего объем масла, проникающего в поры покрытия, также оказывается незначительным. При взаимодействии трущихся поверхностей во время приработки и последующей эксплуатации это приводит к ухудшению их самосмазывания и низкому ресурсу восстановленных деталей. Кроме этого, пропитка упрочняющего покрытия, сформированного МДО, маслом при помощи окунания не позволяет качественно заполнить поры покрытия.
Задачей изобретения является повышение ресурса восстановленных и упрочненных деталей.
Техническим результатом изобретения является повышение маслоемкости упрочняющего покрытия, сформированного МДО, за счет увеличения его объемной пористости и более качественного заполнения пор маслом, а также снижение продолжительности приработки восстановленных и упрочненных деталей.
-5
2
-5
2
2
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, включающем наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали микродуговым оксидированием в щелочном электролите и пропитку упрочняющего покрытия, согласно изобретению пропитку упрочняющего покрытия осуществляют в вакууме смесью гидравлического масла АМГ-10 с кинематической вязкостью 1,3·10 м/с или трансформаторного масла Т-1500У с кинематической вязкостью 1,1…1,3·10 м/с и 8…10% графита, при этом разрежение составляет 0,1 МПа, а микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 18…20 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 30 А/дм и температуре электролита 35…40°С.
Способ осуществляют следующим образом.
Для восстановления изношенных поджимных и подшипниковых блоков шестеренных насосов типа НШ-К, изготовленных из литейного алюминиевого сплава АК7ч, вначале производят их предварительную подготовку, заключающуюся в обработке изношенных поверхностей на горизонтально-фрезерном станке в специальном приспособлении до выведения следов изнашивания. Затем осуществляют наплавку восстанавливаемых поверхностей с использованием неплавящегося электрода (вольфрамового) в среде защитных газов (чаще всего для этих целей используют аргон). Наплавку ведут на следующих режимах: сила тока - 90…100 А, напряжение - 25 В, диаметр неплавящегося электрода - 4 мм, диаметр присадочного прутка - 3 мм, расход защитного газа - 9 л/мин. В качестве материала для присадочного прутка применяют сплав АМг-6 или АК9М2. Наплавка ведется участками от разъема к середине детали во избежание перегрева и оплавления угловых поверхностей.
-1
-1
После наплавки восстанавливаемые поверхности подвергают механической обработке - расточке на горизонтально-фрезерном станке. Режимы черновой расточки: частота вращения инструмента - 880 мин, глубина резания - 1,5…2,0 мм, подача - 0,5 мм/мин. Режимы чистовой расточки: частота вращения инструмента - 1200 мин, глубина резания - 0,3 мм, подача - 0,1 мм/мин. Расточку ведут до определенных размеров с учетом их увеличения при МДО.
2
Затем осуществляют упрочнение восстанавливаемых поверхностей МДО с использованием анодно-катодного режима в щелочном электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 18…20 г/л натриевого жидкого стекла с модулем m=3,4…3,5. Режимы МДО: плотность тока - 30 А/дм, температура электролита - 35…40°С, продолжительность оксидирования - 60…65 мин. Толщина сформированного упрочняющего покрытия составляет 150…160 мкм.
-5
2
-5
2
После МДО сформированное на восстанавливаемых поверхностях упрочняющее покрытие заполняют маслом с использованием вакуума. Для этого деталь помещают в бак, содержащий смесь гидравлического масла АМГ-10 по ГОСТ 6794-75 с кинематической вязкостью 1,3·10 м/с или трансформаторного масла Т-1500У по ТУ 38.401-58-107-97 с кинематической вязкостью 1,1…1,3·10 м/с и 8…10% графита, который герметично закрывают крышкой. Затем в баке создают разрежение 0,1 МПа. После выдержки детали в вакууме в течение 12…15 мин крышку бака открывают, а деталь находится в баке еще 35…40 мин. Механизм формирования упрочняющих покрытий способом МДО предопределяет наличие сквозных пор, образующихся в результате горения микродуговых разрядов, в которые и проникает масло-графитовая смесь. Затем деталь вынимают и дают стечь остаткам смеси, после чего досуха протирают фильтровальной бумагой и взвешивают.
Объемную пористость сформированного упрочняющего покрытия определяли по массе масла, находящегося в порах, учитывая плотность и толщину покрытия, а также площадь восстанавливаемой поверхности. Маслоемкость упрочняющего покрытия определяли согласно ГОСТ 9.302-88 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля». Продолжительность приработки и ресурс восстановленных и упрочненных деталей оценивали по результатам сравнительных ускоренных испытаний на стенде КИ-4815М-03, предназначенном для испытания агрегатов гидроприводов сельскохозяйственной техники. Испытания проводили в соответствии с рекомендациями руководящего документа РД 70.0009.006-85 «Указания по методам ускоренных испытаний восстановленных деталей для основных марок тракторов, комбайнов и других машин», разработанных ВНПО «Ремдеталь».
При МДО с предлагаемым составом электролита и режимами оксидирования сформированное на восстанавливаемых поверхностях упрочняющее покрытие будет иметь более высокую объемную пористость по сравнению с прототипом. Использование вакуума позволяет ввести большее количество масла в поры упрочняющего покрытия, за счет чего повышается его маслоемкость. С увеличением температуры, которое происходит при взаимодействии трущихся поверхностей, большее количество масла выступает из пор и эффективно смазывает эти поверхности, компенсируя незначительное снижение несущей способности упрочняющего покрытия. Все это приводит к снижению продолжительности приработки и увеличению ресурса восстановленных и упрочненных деталей (таблица).
Показатели
Прототип
Предлагаемый способ
1. Объемная пористость упрочняющего покрытия, %
16…17
22…24
2. Маслоемкость упрочняющего покрытия, мг/мм<sup>2</sup>
0,052…0,056
0,064…0,066
3. Продолжительность приработки восстановленной и упрочненной детали, мин
110
90
4. Ресурс восстановленной и упрочненной детали, мото.-ч
10000
11500
Как видно из таблицы, предлагаемый способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов позволяет в среднем на 30…50% увеличить объемную пористость сформированного МДО упрочняющего покрытия и, как следствие, в среднем на 15…25% повысить его маслоемкость. Все это приводит к снижению продолжительности приработки восстановленных и упрочненных деталей на 18% и, соответственно, увеличению их ресурса не менее чем на 15%.