Восстановление изношенных деталей
Рано или поздно, но любой из нас сталкивается с такой ситуацией - какой-нибудь до

этого хорошо работавший механизм начинает "барахлить". Чаще всего причиной этого

явления служит износ трущихся деталей. Что можно сделать в этом случае? Очевидно,

что при наличии нового комплекта этих деталей наиболее простым решением проблемы

является их замена. Но чаще всего такой возможности нет и весь этот механизм

оказывается на свалке.   

Между тем, в большинстве случаев детали можно восстановить, в итоге - несомненная

экономия средств. Итак, восстановление изношенных деталей. 

Сразу оговорюсь, что существует и применяется на практике большое число

соответствующих технологий. Однако 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.   

На мой взгляд, технология восстановления изношенных деталей должна обладать

следующим минимальным набором свойств:   1. не требовать применения дорогостоящих оборудования и материалов;   2. не оказывать существенного влияния на физико-химические свойства материала детали;   3. обеспечивать надежное сцепление покрытия с основой;   4. обеспечивать высокую твердость и износостойкость покрытия;   5. работать при невысокой (в идеале - комнатной) температуре;   6. 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. В том, что эта технология действительно "работает", мне довелось убедиться своими глазами у ее изобретателей, а затем - и в результате собственных экспериментов. 

  Основными свойствами данной технологии являются:   1. нет необходимости в дорогостоящих оборудовании и материалах;   2. практически не изменяются физико-химические свойства материала восстанавливаемой детали;   3. работа проводится при температуре электролита 18..25°С;   4. возможно регулирование твердости покрытия в пределах 18..62 ед. HRC (без закалки!);  5. обеспечивается высокая прочность сцепления покрытия с основой;   6. возможно осаждение как железа, так и железо-никелевого сплава, а также, при необходимости, любых других материалов, поддающихся осаждению гальваническим способом;   7. 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;   8. возможно восстановление деталей с износом до 2..3 мм на диаметр;   9. 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! Можете Вы привести более простую, чем эта, технологию с такими же возможностями?   Рассмотрим, вкратце, основы этой технологии. Упрощенная схема соответствующей установки выглядит следующим образом: 

 Восстановление изношенных 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. 

Что необходимо, с практической точки зрения, для применения этой технологии? 

В принципе, список необходимого оборудования можно ограничить приведенным на

рисунке выше, добавив только ванны для предварительного пассивирования деталей и

финишной промывки. Авторы изобретения использовали сварочный трансформатор ТС-

500, диоды В-200, вместо потенциометров - переключаемые рубильниками балластные

сопротивления из нихромовой проволоки. По моему мнению, такое решение просто и

дешево, но приводит к чрезмерному расходу электроэнергии, поэтому мною было

разработано несколько вариантов схем управления процессом, один из первых

вариантов Вы можете здесь посмотреть.   

В ответ на возможные критику и вопросы по схеме сразу скажу, что она

разрабатывалась, исходя из трех основных требований - соответствие ее параметров

предъявляемым условиям, применение имеющихся под рукой деталей, надежная и

стабильная во времени работа. Дополнительно - возможность легкого перехода с

больших ванн и групповой загрузки деталей в них на малые ванны с поштучной

обработкой деталей без изменения собственно блока управления. 

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 иразмеров 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.   Приведу, вкратце, 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.   Замечу, что 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. 

  
 

Комментарии 

 
+2 #1 Вячеслав 2013-11-07 08:16 Здравствуйте!Хо тел бы связаться с автором для более детального обсуждения проекта! Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
© 2017 Народные изобретения, технологии
Страница сгенерирована за 0.015068 секунд