СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
METHOD OF RECONDITIONING WORN-OUT PARTS

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей, например, может быть использовано для восстановления с упрочнением наружных и внутренних цилиндрических, плоских и сложнопрофильных поверхностей деталей из черных и цветных металлов и сплавов.
3
Известен способ нанесения покрытий плазменным напылением, включающий создание потока низкотемпературной плазмы, подачу в него порошкообразного материала и напыление его на изделие ламинарным потоком плазмы с углом расширения 0…3° и удельным теплосодержанием 26…30 кВт·ч/м. [Патент РФ 770260, C23C 4/12, опубл. в БИ №14, 1997].
Недостатком данного способа является то, что для его реализации необходимо сложное дорогостоящее оборудование.
Также известен способ восстановления подшипника скольжения, включающий предварительную механическую обработку изношенной поверхности, нарезание «рваной» резьбы с последующей косым сетчатым накатыванием, газотермическое напыление и последующую механическую обработку. При этом косое сетчатое накатывание ведут до уменьшения внутреннего диаметра подшипника на величину 0,5…1,0 мм от шага рифления с получением на обрабатываемой поверхности элементов в виде «усеченной пирамиды», а напыление осуществляют порошком бронзы ПР-Б83. [Патент РФ 2424888, B23P 6/00, C23C 4/02, B05D 3/12, C23C 4/06, опубл. в БИ №21, 2011].
Однако подшипники скольжения, восстановленные данным способом, обладают низкой износостойкостью. Кроме этого, данным способом наиболее целесообразно восстанавливать внутренние цилиндрические поверхности деталей.
2
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей из алюминиевых сплавов, включающий предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности с использованием корунда, стальной колотой дроби или чугунной крошки, приращение восстанавливаемой поверхности электродуговым напылением, механическую обработку и упрочнение этой поверхности микродуговым оксидированием (МДО) в щелочном электролите с содержанием 1 г/л едкого калия и 6 г/л жидкого стекла при плотности тока 15 А/дм и продолжительности оксидирования 120 мин. [Патент РФ 2228246, B23P 6/00, опубл. в БИ №13, 2004 - прототип].
Недостатком данного способа является то, что электродуговое напыление не позволяет обеспечить высокие прочность сцепления и физико-механические свойства слоя металла, нанесенного при приращении на восстанавливаемую поверхность детали. Кроме этого высокая пористость напыленного слоя существенно снижает износо- и коррозионную стойкость покрытия, сформированного на нем МДО.
Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных и упрочненных деталей.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, снижение его пористости, а также повышение износо- и коррозионной стойкости покрытия, сформированного МДО.
z
2
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе восстановления привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей из алюминиевых сплавов, включающем предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности, приращение этой поверхности, механическую обработку и упрочнение восстанавливаемой поверхности микродуговым оксидированием в щелочном электролите, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности проводят, используя кубический нитрид бора марки ЛКВ40 зернистостью 125…150 мкм при давлении сжатого воздуха 0,60…0,65 МПа и дистанции обработки 80…90 мм до шероховатости поверхности R=100…110 мкм, приращение восстанавливаемой поверхности осуществляют сверхзвуковым газодинамическим напылением, используя в качестве рабочего газа гелий под давлением 0,40…0,45 МПа, а в качестве напыляемого материала - алюминиевый порошок ПА-4 с размером частиц 110…125 мкм, а микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 2 г/л едкого калия и 8 г/л жидкого стекла при плотности тока 26…27 А/дм в течение 70…75 мин.
Способ осуществляют следующим образом.
z
При восстановлении изношенных поверхностей деталей вначале производят их механическую обработку до выведения следов изнашивания. Затем проводят предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности. При этом используют кубический нитрид бора (эльбор) марки ЛКВ40 ГОСТ Р 53922-2010 зернистостью 125…150 мкм, а обработку ведут в специальных камерах (например, типа 02-7112 конструкции ВНИИАвтогенмаш или 026-07.00.000 разработки ВНПО «Ремдеталь») на следующих режимах: давление сжатого воздуха - 0,60…0,65 МПа, дистанция обработки - 80…90 мм, угол наклона струи воздуха с нитридом бора к обрабатываемой поверхности - 80…90°. Участки детали, прилегающие к обрабатываемой поверхности, должны быть защищены специальными экранами. Предварительную подготовку ведут до получения сплошного матового состояния поверхности шероховатостью R=100…110 мкм.
После этого на восстанавливаемую поверхность детали наносят слой металла сверхзвуковым газодинамическим напылением. Данную технологическую операцию необходимо производить не позднее, чем через 2 часа после предварительной подготовки поверхности. При напылении используют установку ДИМЕТ-405, разработанную и производимую Обнинским центром порошкового напыления (ОЦПН, г. Обнинск Калужской области). Установка состоит из напылительного блока, блока контроля и управления, устройства подачи порошка и органов управления, смонтированных на монтажной стойке. В качестве рабочего газа при напылении используют гелий ГОСТ 5583, а в качестве напыляемого материала - алюминиевый порошок ПА-4 ГОСТ 6058 с размером частиц 110…125 мкм. Режимы сверхзвукового газодинамического напыления: давление гелия - 0,40…0,45 МПа, температура нагрева гелия в напылительном блоке - 400°С, скорость полета частиц напыляемого материала - 700…720 м/с, дистанция напыления - 10…15 мм.
После напыления производят механическую обработку восстанавливаемой поверхности детали. Ее целесообразно осуществлять точением на следующих режимах: глубина резания - 0,2…0,5 мм, подача - 0,1…0,5 мм/об, скорость резания - 15…16 м/мин. При токарной обработке используют резцы, оснащенные пластинами из твердых сплавов ВК6-М, ВК-8, ВК-10М. Механическую обработку ведут с учетом припуска под покрытие, формируемое МДО.
2
Далее осуществляют упрочнение восстанавливаемой поверхности детали МДО в щелочном электролите следующего состава: едкий калий - 2 г/л, жидкое стекло - 8 г/л, остальное - дистиллированная вода. Режимы обработки: плотность тока - 26…27 А/дм, продолжительность оксидирования - 70…75 мин, температура электролита - 18…20°С. Толщина упрочненного слоя покрытия, сформированного МДО, составляет 90…100 мкм.
Прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении сверхзвуковым газодинамическим напылением, определяли штифтовым методом на разрывной машине РМ-1000. Пористость и коррозионную стойкость покрытия, сформированного МДО, оценивали в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 9.302 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля». Износостойкость детали с покрытием, сформированным МДО, оценивали по результатам сравнительных ускоренных испытаний на изнашивание. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 23.224 «Обеспечение износостойкости изделий. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей».
Благодаря использованию при напылении в качестве рабочего газа гелия существенно увеличивается скорость движения частиц напыляемого алюминиевого порошка, в результате чего нанесенный при приращении слой металла имеет высокую прочность сцепления и меньшую пористость. Более высокие плотность и физико-механические свойства слоя металла, нанесенного при приращении, обеспечивают увеличение износо- и коррозионной стойкости покрытия, сформированного МДО, а также долговечности восстановленной и упрочненной детали (таблица).
Таблица
Показатели
Прототип
Предлагаемый способ
1. Прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, МПа
18…20
50…52
2. Пористость слоя металла, нанесенного при приращении, %
15…18
5…6
3. Износостойкость детали с покрытием, сформированным МДО, %
100
140
4. Коррозионная стойкость детали с покрытием, сформированным МДО, %
100
150
5. Долговечность восстановленной и упрочненной детали, %
100
130
Как видно из таблицы, предлагаемый способ восстановления изношенных деталей позволяет в среднем в 2,5 раза увеличить прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, и в 3,0 раза снизить его пористость, а также на 40% увеличить износостойкость и на 50% - коррозионную стойкость детали с покрытием, сформированным МДО. В результате долговечность восстановленных и упрочненных деталей увеличивается не менее чем на 30%.