Дефектация и сортировка

Дефектацию деталей проводят с целью определения их технического состояния:

а) деформацию и износ поверхностей;

б) целость материала;

в) изменение свойств и характеристик рабочих поверхностей;

г) сохранность формы.

Операции дефектации:

1.  Внешним осмотром. Невооруженным глазом или с помощью лупы, проверкой на ощупь, простукиванием выявляют: трещины, забоины, риски, обломы, пробоины, вмя­тины, задиры, коррозию, ослабление плотности посадки.

2.  Используя универсальный   или специальный измерительный инструмент, опре­деляют геометрические параметры деталей.

3 С помощью специальных приборов определяют скрытые дефекты К специальным приборам и методам относят ультразвуковую, гамма -, рентгеновскую, магнитную, цвет­ную и т.д. дефектоскопию.

Детонационное нанесение порошковых покрытий

Способ основан на использовании энергии детонации в газах. При этом способе металлический   или   металлизированный   порошок   наносится   взрывом   кислородо-ацетиленовой смеси, обеспечивающим скорость движения частиц 800 - 900 м/с. Прочное соединение частиц с восстанавливаемой поверхностью обеспечивается микросваркой.

Образование газовопорошковой смеси, ее взрыв осуществляется в специальной камере, куда порошок доставляется струей азота.

В качестве материалов порошков применяют: а) карбиды - вольфрама и титана; б) оксиды - алюминия и хрома;  в) металлы: хром, кобальт, титан, вольфрам.

При каждом взрыве, длящемся примерно 0,23 секунды, образуется слой толщи­ной примерно 0,007 мм. Многослойные покрытия, толщиной 0,02 - 0,4 мм получают, многократно повторяя взрывы.

Покрытие обладает высокой твердостью и износостойкостью, малой пористостью (менее 1 %), высокой прочностью сцепления с основным металлом.

Преимуществом способа детонационного нанесения порошков является невысо­кая температура нагрева металла-основы (менее 250 °С), что позволяет наносить слой порошка на закаленную поверхность без риска ее отпуска.

Технологические возможности способа позволяют наносить покрытия на цилин­дрические внешние поверхности диаметром до 1000 мм и внутренние диаметром более 15 мм, а также на плоские поверхности сложной конфигурации.

Примером использования данного способа может служить восстановление дето­национным покрытием порошком ВК - 15 закаленной поверхности гибочного штампа из стали Х12М, имеющей твердость НRC -57 - 61.

Древесина

Применительно к данному материалу было бы более правильно рассмотреть пе­реработку и использование отходов образующихся при выработке пиломатериалов. От­ходы - это та часть сырья, которая не попадает в основную продукцию. Величина отхо­дов при переработке древесины зависит: 1) от степени раскроя бревен; 2) назначения и степени обрезки пиломатериалов; 3) толщины пил; 4) соблюдения технологии. От объема распиливаемого материала отходы составляют, %:

- горбыли - 6 - 10;

- рейки - 10 - 15;

- концы досок - 2 - 4;

- опилки - 10 -12;

- вырезка брака -2-3.

В раскройных цехах при раскрое досок образуются отходы, %:

- опилки - 7 - 10;

- обрезки - 10 - 25 (вырезка брака, некратные остатки).

В строгальных цехах отходы составляют 12-20 % от объема перерабатываемого мате­риала.

В результате переработки отходов древесины получают следующие продукты:

1) целюлозу; 2) бумагу, 3) картон; 4) спирты; 5) фурфурол; 6) кормовые дрожжи; 7) глицерин; 8) фенолы; 9) смолу; 10) сажу; 11) уголь; 12) ацетон; 13) витамины; 14) вазелин; 15) лаки; 16) уксусную кислоту;       17) ДВП; 18) ДСП; 19) фибролитовые плиты; 20) арболит, 21) канифоль; 22) скипидар; 23) древесную муку и др.

В технологических процессах получения перечисленных продуктов древесину измельчают до нужных фракций. Для этого кусковые отходы лесопиления (горбыли, рейки и обрезки) перерабатывают в технологическую щепу (сопутствующая продукция лесопильного производства).

Мягкие отходы (опилки и стружку) используют для хозяйственных и промыш­ленных целей.1.Опилками полируют и чистят мелкие металлические и проволочные изделия, алюминиевую посуду, листовой алюминий, меха, кожу. 2. Применяют при производстве пористого кирпича. 3. Опилки и стружка являются хорошим поглотителем влаги при уборке мест общественного пользования. 4. В смеси со щепой опилки исполь­зуют для варки целлюлозы в гидролизном производстве для получения спирта и кормо­вых дрожжей. 5. После размола опилок на специальных мельницах получают древесную муку, используемую при производстве пластмасс, взрывчатых веществ, линолеума.

Кора используется для изготовления: а) органических удобрений; б) наполнителя для строительного плитного материала.

В крайнем случае, отходы древесины могут быть использованы как топливо.

Как уже отмечалось, при переработке крупных отходов древесины основным эта­пом является получение технологические щепы. Технологическая щепа   производится согласно ГОСТ 15815-84. ГОСТ предусматривает недопустимость в щепе примесей: ко­ры, гнили, обугленных частиц, металлических включений, песка.

Кусковые отходы измельчают на рубильных машинах, барабанных или дисковых (барабанные машины дают щепу низкого качества, используемую в гидролизном произ­водстве и идущую на топливо; дисковые рубильные машины обеспечивают более высо­кое качество щепы).

Затем щепу сортируют по размерам на установках вибрационного или гирационного типа. Крупная щепа отдельным конвейером направляется на повторное дробление, кондиционная - на отгрузку потребителям, а мелочь и опилки - в бункера для опилок.

Крупные горбыли и рейки перерабатывают на обапол (пиломатериал, получен­ный из боковой части бревна) и мелкую пилопродукцию. Обапол изготавливают, в основном, из соснового и елового горбыля. Технология выработки обапола включает одну операцию - торцовку на маятниковых станках. Основным потребителем этой про­дукции является горнодобывающая промышленность (крепление шахтных выработок).

Крупные отходы лесопиления перерабатывают на мелкую пилопродукцию: тар­ную дощечку, штакетник, штукатурную и кровельную дрань.

Физико - химические основы наплавки

Для возникновения сцепления между наплавляемым металлом и металлом-основой не­обходимо, прежде всего, чтобы атомы жидкого металла вступили в непосредственный контакт с поверхностными атомами твердого металла, т.е. чтобы произошло смачивание.

Если на чистую металлическую поверхность поместить каплю жидкого металла, то в зависимости от склонности данной пары к смачиванию, эта капля или останется на поверхности в виде сферы или растечется по ней (Рис.6). Растекание происходит не бес­конечно,  а до определенного предела пока она не примет форму сегмента, образующего с основанием краевой угол смачивания -q.

Рис.6

Рассмотрим равновесие капли на твердой поверхности в зависимости от соотно­шения сил поверхностного натяжения. После прекращения растекания условие равнове­сия на металлической поверхности:

sтг - sтж - sжгcosq = 0 ,

где - sтг , sтж , sжг -  поверхностное натяжение, соответственно, на границе раздела твердое тело - газ, твердое тело - жидкость, жидкость - газ.

После преобразования имеем:    

cosq =

.

Анализ последнего выражения показывает, что:

1) если sтг > sтж , то угол q - острый и имеет место хорошее смачивание;

2) если sтг < sтж , то угол q - тупой и смачивание плохое,

3) с понижением величины sтг  во всех случаях наблюдается уменьшение величи­ны cosq и увеличение величины угла q, т.е. смачивание ухудшается;

4) с понижением величины sтж во всех случаях величина cosq  увеличивается, а угол q уменьшается, т.е. смачивание улучшается;

5) изменение sжг влияет двояко:  

а) при sтг - sтж >0 понижение величины sжг приводит к увеличению cosq и уменьшению q в пределах 90о - 0°, т.е. наблюдается улучшение смачивания;

б) при sтг - sтж < 0 понижение величины sжг приводит к уменьшению cosq  и увеличению q в пределах 90° - 180°, т.е. наблюдается ухудшение смачивания

Вывод. Если q >0, т.е. q < 90°, то расплав хорошо смачивает поверхность металла. Если cosq  < 0, т.е.  q >90°, то расплав плохо смачивает поверхность металла.
При q = 0° имеет место один из крайних случаев - полное смачивание. При q =180° наблюдается второй крайний случай - полное отсутствие смачивания.

Смачивание поверхности твердого металла расплавом можно улучшить измене­нием значений поверхностных натяжений. Величина поверхностного натяжения как твердого так и жидкого металлов сильно зависит от характера и свойств той среды, на границе с которой определяется эта величина. Поэтому смачивание каждой конкретной пары металлов можно улучшить, взяв в качестве третьей среды, участвующей в процес­се смачивания, не обычную атмосферу, а расплав солей - флюсов.

Существует несколько гипотез влияния флюсов на смачивание. Первая - гипотеза об очистке поверхности металла от окислов и загрязнений. Вторая - гипотеза об умень­шении поверхностного натяжения расплава металла. Третья - гипотеза об электромеха­ническом выделении на поверхности твердого металла тонкого слоя металла одноимен­ного металлу расплава.

Требования к флюсам. 1. Хорошее смачивание поверхности твердого металла. 2. Улучшение смачивания твердого металла жидким. 3. Хорошо растворять или разру­шать пленки окислов твердого и жидкого металлов. 4. Защищать наплавляемую поверх­ность от вторичного окисления при высоких температурах.    5. Температура плавления флюса должна быть меньше температуры плавления жидкого металла. 6. Продукты взаимодействия флюса с окислами должны иметь низкую температуру плавления и быть нетоксичными. 7. Флюсы не должны вызывать окисление, коррозию, обезуглерожива­ние твердого металла. 8. Флюсы должны иметь высокую жидкотекучесть, чтобы легко смываться с твердой поверхности.

Для железоуглеродистых сплавов рекомендуются флюсы на основе буры (тетрабората натрия –    Na2B4O7 ) и /или борного ангидрида – В2Оз. Для улучшения свойств флю­сов вводятся активные добавки: КF, LiCOз, К2СО3, Na2СО3, К2ZгF6.

Для нанесения на поверхность твердого металла и удержания на этой поверхности при­меняются связки, эмаль ЭВ-300-60М, стеарат алюминия, полистирол, толуол, лак №302 и др.

Флюсы

От состава и свойств флюса зависят: а) устойчивость дуги; 6) плотность и меха­нические свойства наплавленного металла; в) отделимость шлаковой корки; г) предот­вращение разбрызгивания металла при наплавке; д) дегазация сварочной ванны.

Капли расплавленного металла перемешиваются с расплавленным флюсом, а за­тем отделяются от него. При этом происходит химическое взаимодействие: часть углерода, хрома, ванадия и других элементов, содержащихся в металле, окисляется и перехо­дит в шлак. Если флюс содержит большое количество марганца и кремния, то эти эле­менты могут восстанавливаться и переходить из шлака в металл. Таким образом, состав флюса оказывает большое влияние на химический состав наплавленного металла.

Флюсы можно классифицировать по ряду признаков:

1.  По способу изготовления.

2. По назначению.

3. По химическому составу.

4. По размеру и составу частиц.

Наиболее часто их подразделяют по способу изготовления. По этому признаку различают флюсы:     а) плавленные; б) керамические.

Плавленные флюсы изготавливают путем плавления шихты в электрических или пламенных печах с последующим гранулированием расплава мокрым или сухим способом. Их подразделяют на четыре группы.

К первой группе относят высококремнистые марганцевые флюсы (АН-348А, АН-348АМ, ОЦС-45, АН-60). Их применяют при наплавке низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей.

Ко второй группе относятся низкокремнистые безмарганцевые флюсы (АН-20С, АН-20СМ, АН-22, АН-26, АН-30, 48-ОФ-6). Эти флюсы применяются при наплавке ле­гированной и высоколегированной стали с небольшим содержанием марганца.

К третьей группе относят низкокремнистые марганцевые флюсы (АН-10, АН-26С и др.). Их применяют преимущественно при наплавке сталей и сплавов с высоким со­держанием марганца.

К четвертой группе относят специальные флюсы (АН-25, АН-8 и др.). Применя­ют при электрошлаковой наплавке, при наплавке цветных сплавов. При наплавке жид­ким металлом применяют плавленые флюсы АНШ-100 и АНШ-200.

По строению зерен (частиц) различают стекловидные, пемзовидные и кри­сталлические плавленные флюсы. Стекловидный флюс состоит из прозрачных зерен различной окраски. Зерна пемзовидного флюса пористы и непрозрачны. Кристалличе­ский флюс имеет зерна кристаллического строения. Флюс может быть тонкозернистым, мелкозернистым, среднезернистым и крупнозернистым. В первом случае величина зерен не превышает 0,8 мм; в последнем - достигает 5 мм.

Керамические флюсы изготавливают путем замешивания на жидком стекле смеси тонкоразмолотых ферросплавов, химикатов и минералов, измельчения тестооб­разной массы, сушки и прокалки крупки. Исходными материалами для керамических флюсов являются марганцевая руда, титановый концентрат, кварцевый песок, мрамор, плавиковый шпат, ферросплавы и др.

Формирование переходной зоны при наплавке

Формирование переходной зоны при наплавке,  независимо от технологии ее осуществления, связано, в первую очередь,    с процессами перераспределения атомов твердого и жидкого металлов. Смачивание твердой поверхности жидким металлом сопровождается:

1) растворением твердого метала в жидком. Имеет место в том случае, когда наи­более быстро идет процесс растворения твердого металла в жидком или когда жидкий металл длительное время контактирует с твердым не кристаллизуясь.

2) атомная диффузия составляющих жидкий металл элементов в твердый. Имеет место, в том случае, когда металл находящийся в жидком состоянии, хорошо рас­творим в твердом.

3) реакция (реактивная диффузия) с образованием слоя интерметаллического сое­динения. Имеет место, в том случае, жидкий и твердый металл образуют между собой систему с интерметаллическим соединением.

Теоретически распределение легирующих элементов в зоне сплавления зависит от фор­мы диаграммы состояния.

Система с полной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоя­нии. Металлы, образующие системы с неограниченной взаимной растворимостью ком­понентов как в жидком, так и в твердом состоянии, легко диффундируют друг в друга с образованием твердых растворов переменной концентрации. Если два таких металла соединить между собой в твердом состоянии, нагреть до температуры, лежащей не­сколько ниже температуры плавления более легкоплавкого компонента М1 и выдержать при этой температуре достаточно долго, то в результате процесса взаимной атомной диффузии по обе стороны от плоскости соединения образуются твердые растворы с плавно изменяющейся концентрацией по кривой mcn (Рис. 7, а).

Схема эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Металлы, образующие системы простого эвтектического типа с огра­ниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии способны диффундировать друг в друга только в пределах взаимной их растворимости. При взаимной диффузии таких компонентов в твердом состоянии (при нагреве ниже эвтектической температуры - tе) по обе стороны от плоскости соединения образуются твердые растворы, причем максимальные концентрации твердых растворов M1 в М2 (b) и М2 в М1 (a) будут соответственно равны с2 и с1       ( рис.7, б ).
В отличие от системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии в данном случае на границе раздела будет наблюдаться скачок концен­трации с2 – с1. Общее распределение концентрации по сечению шлифа выразится кривой mc1c2n. При сильном конвекционном или механическом перемешивании наплавляемого ме­талла, обеспечивающем равномерность концентрации по всей массе жидкого металла, за­кристаллизовавшийся сплав может иметь среднюю концентрацию.

Система без растворимости компонентов в твердом состоянии. Металлы, не обра­зующие твердых растворов и интерметаллических соединений не могут диффундировать друг в друга в твердом состоянии. Поэтому на границе между ними будет скачок концентрации от М1 до М2. Если такие металлы образуют простую эвтектическую систему ( рис.7, в.), то при быстром отводе растворяющихся в расплаве атомов от поверхности раздела возможен случай, когда при охлаждении выпадут первичные кристаллы М1 и эвтектика М1 + М2. Распределение концентра­ций по шлифу при этом выразится линией nc1m. В зоне соединения таких металлов нельзя обна­ружить каких - либо новых структурных образований.

Система металлов, образующих ряд интерметаллических соединений. При взаимодействии твердого и жидкого металлов, которые в соответствии с диаграммой состояния могут образовывать химические соединения, в промежуточной зоне неизбеж­но возникают эти соединения. В общем случае в зоне соединения могут присутствовать все фазы, образования которых возможно по диаграмме состояния.

Проникновение атомов металла М1 за счет диффузионной подвижности в металл М2 вызовет образование слоя твердого раствора e (рис.7, г); концентрация компонента М1 в М2 при этом будет меняться по кривой М2с6. Непосредственно к слою твердого рас­твора e прилегает слой g, представляющий собой твердый раствор на базе интерметал­лического соединения. Внутри слоя g концентрация, как это следует из диаграммы со­стояния, не остается постоянной, а изменяется по кривой c5c4. Слой фазы g граничит со слоем b.Концентрация на границе соприкосновения b и g скачком меняется от c4 до c3. Внутри слоя b концентрация меняется по кривой c3c2, и т.д.

Гальванические покрытия

Для восстановления деталей наиболее часто применяют хромирование и железнение.

Хромирование применяют для: 1) восстановления размеров изношенных деталей; 2) повышения износостойкости и прирабатываемости; 3) обеспечения хороших условий трения со смазкой; 4) декоративных целей.

Железнение (осталивание) применяют, главным образом, для восстановления размеров деталей машин. Твердость электролитического железа очень высока. Детали после железнения можно подвергать термической обработке.

Газопламенное нанесение порошков

Основа процесса газопламенного нанесения порошков заключается в пластифи­кации порошка в высокотемпературном источнике тепла, например, ацетилено-кислородном пламени и нанесении его газовым потоком на предварительно подготов­ленную изношенную поверхность.

Преимущества данного способа восстановления: а) высокая производительность; б) локальность, т.е. выборочное нанесение материала только на изношенную поверх­ность; в) незначительное воздействие на подложку; г) отсутствие ограничений на соче­тание материалов.

В зависимости от назначения и материала детали, условий ее эксплуатации ис­пользуют следующие методы газопламенного нанесения порошковых материалов:

1.  Газопламенное напыление порошка без последующего оплавления. Используется для восстановления износов более 2-х мм на сторону без деформации, искажения или изменения структуры основного металла. Таким образом восстанавливают детали, не подвергающиеся в процессе эксплуатации ударам, знакопеременным нагрузкам, сильно­му нагреву.

2.  Газопламенное напыление порошка с одновременным оплавлением. Используется для восстановления износов 3-5 мм. Восстанавливаются детали, работающие при зна­копеременных нагрузках, изготовленные из хромистых конструкционных сталей

3. Газопламенное напыление порошков с последующим оплавлением. Восстанавлива­ют детали типа вала с износом до 2,5 мм на сторону из материалов устойчивых против коррозии, работающие в условиях абразивного изнашивания, действия повышенных температур.

Технологический процесс газопламенного напыления состоит из следующих этапов:

1)  нагрев поверхности детали до 200 - 250 °С,

2)  нанесение подслоя;

3)      нанесение основных слоев с заданными физикомеханическими свойствами.

 Для осуществления процесса используют сварочные горелки, снабженные бункером для порошка. У инжекторного рас­пылительного аппарата (рис. 18) порошок через клапан, размещенный   в корпусе аппарата под влиянием всасывающего действия кислорода и горючего газа, протекающего по каналу, попадают в сопло, а затем - в ядро пламени.

Рис.18

Годовой экономический эффект от восстановления деталей

Если на предприятии внедряется технологический процесс восстановления вза­мен приобретения новых деталей, то при одинаковом сроке службы деталей годовой экономический эффект ( Эг ) будет равен:

ЭГ = [ hЦн - (СВ + ЕНК) ]NВ ,

где h - коэффициент, учитывающий затраты на доставку новых деталей на ре­монтные предприятия,

Цн - оптовая стоимость новых деталей;

ЕН - нормативный коэффициент окупаемости капиталовложений;

К - удельные капиталовложения;

nВ - число восстановленных деталей в расчетном году.

При различных сроках службы ( для деталей со сроком службы больше года):

ЭГ = [ hЦн×(Р1+Ен)/(Р2+ Ен) - (Св + Е НК) ] nВ ,

где Р1 и Р2; - величины обратные срокам службы новой и восстановленной дета­лей, соответственно. Для деталей со сроком службы менее одного года:

"ЭГ = [ hЦн × Wв/Wн - (СВ + ЕНК) ] n В ,

где Wв и Wн  - сроки службы восстановленной и новой детали.

Изнашивание деталей машин

Процесс изнашивания   деталей машин характеризуется тремя периодами во вре­мени (Рис 1):

1) начальным (приработкой);

2) периодом установившегося изнашивания,

3) усиленного (аварийного) износа.

t

Рис.1

Интенсивность изнашивания (И) в первом периоде велика, во втором - мала, в третьем - вновь велика.

Износостойкость деталей определяется совокупностью внутренних и внешних факторов:

1 )физико-химическими и механическими свойствами трущихся поверхностей;

2)родом и характером трения;

3)величиной удельного усилия;

4)характером приложения нагрузки;

5)скоростью взаимного перемещения трущихся поверхностей;

6)способом подвода и качеством смазки;

7)температурой в месте контакта;

8)коррозионным воздействием среды.

Следует признать, что основное влияние на износостойкость оказывает структура ме­таллов и сплавов.

Многочисленными исследованиями установлено, что более всего распространен абразивный износ - разрушение поверхностей деталей при трении скольжения, обуслов­ленное наличием в зоне трения абразивной среды. На рис.2 показана диаграмма М.М.Тененбаума, отражающая связь между относительной износостойкостью (e) и структурой железоуглеродистых сплавов. Несмотря на то, что диаграмма не отражает всех структурных факторов, влияющих на износостойкость, она позволяет проводить качественный анализ влияния на износостойкость содержания углерода и структурного состояния сталей.

Рис. 2

На отрезке 1 -2 рис. 2 находятся значения относительной износостойкости ото­жженных доэвтектоидных сталей, на отрезке 2-3 - заэвтектоидных сталей, на отрезке 3-4 - белых чугунов Точки 1,2,4 характеризуют относительную износостойкость феррита, перлита и цементита, сооответственно. Линия 2-6 отражает относительную износостой­кость эвтектоидных сталей в зависимости от дисперсности частиц цементита

Легирование является эффективным способом повышения износостойкости. На рис 3 показано влияние небольших добавок наиболее распространенных легирующих элементов на износ доэвтектоидной стали

содержание легирующих

                                                                                           элементов, % мас.

Рис.3

На рис. 3 линия 1 - содержание никеля, 2 - марганца, 3 - кремния, 4 - хрома со­вместно с никелем (1:3), 5 - содержание фосфора, 6 - хрома

В зависимости от условий взаимодействия детали с абразивными частицами раз­рушение металла может происходить в результате микрорезания, многократного пла­стического деформирования поверхности трения и коррозионно-механического из­нашивания. Установлено, что механизм абразивного изнашивания определяется глав­ным образом соотношением значений твердости материала, Нм, и твердости абразивных частиц, На, (КТ=НМ/На). Схемы разрушения поверхностей трения представлены на рис. 4.



Рис. 4

Микрорезание и интенсивное пластическое деформирование поверхности трения могут наблюдаться при Нм < < На (рис.4,а) При более высокой твердости сплава процесс раз­рушения протекает в основном за счет коррозионно-механического изнашивания или хрупкого выкрашивания (рис.4, в)

При значениях Кт <0,6 имеет место пластическое оттеснение (рис.4, б). Увеличе­ние Кт до значений, превышающих 0,6, приводит к интенсивному росту износостойкости детали.

При движении абразивной массы по поверхности изделия происходит непрерыв­ное деформирование основы сплава вместе с мелкими карбидами, рассеянными по всему объему. Эти деформационные процессы определяют интенсивность изнашивания изде­лия при условии, что твердость металла Нм < 0,8 На . При этом, чем выше твердость и ниже пластичность матрицы, тем больше сопротивление сплава истиранию в абразивной среде. При взаимодействии твердых структурных составляющих с "мягким" абразивным материалом процесс изнашивания может протекать вследствие истирания окисной пленки, непрерывно восстанавливающейся в атмосферных условиях, или вследствие вы­крашивания структурных элементов сплава при наличии динамических нагрузок.

Электроды, порошковая проволока и лента

При ручной и механизированной электродуговой наплавке применяют: электроды, проволоку сплошного сечения, порошковую проволоку и электродную ленту. Рас­смотрим примеры применения того или иного материала в виде электродов для наплав­ки различных деталей.

Для наплавки ковшей пескометов и землечерпалок, матриц и штемпелей пресс-форм, матриц и пуансонов, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному абразивному изнашиванию без ударных нагрузок, применяют электроды марок Т-590, X-5, БХ-2, принадлежащие к гр.G (ЗООХ25С2ГР, 350Х26Г2Р2СТ и т.п.), обеспечивающие в структуре наплавленного металла карбиды, карбобориды и ледебурит (НRС57 - 65).

Детали, в процессе эксплуатации, подвергающиеся интенсивному износу с удара­ми незначительной интенсивности (ножи и отвалы бульдозеров, ковшовые цепи экска­ваторов), наплавляют электродами марки Т-268 (гр. G - ЗООХ25Т). В структуре наплав­ленного металла присутствуют карбиды и ледебурит, его твердость НRС58 - 60.

Интенсивный износ с ударами средней интенсивности (детали центробежных на­сосов, загрузочных устройств доменных печей) требует применения для наплавки элек­тродов марки ЦС-1 и ЦС-2 (ЗООХ28С4Н4, гр. G и 170Х15Н2Г, гр. Е), обеспечивающих в структуре наплавленного металла аустенита с карбидной эвтектикой (после термообра­ботки - мартенсита и карбидов, остаточного аустенита) НRС45 - 54. Электроды ЦН-11 (225Х10ПОС) применяют для наплавки деталей из стали 110Г13Л (черпаки драг и т.д.).

Ножи автогрейдеров, штампы калибровочные, режущий инструмент и др., под­верженные абразивному изнашиванию и высоким ударным нагрузкам, наплавляют элек­тродами ВСН-6, ВСН-8 (гр. Р - 110Х14В13Ф2), обеспечивающими в структуре наплав­ленного металла аустенит, мартенсит и карбидную эвтектику (НRС55 - 60).

Детали опорных частей наземных трубопроводов, колеса ходовой части машин, била молотковых дробилок, буровые долота и др. в северном исполнении, подвергаю­щиеся абразивному изнашиванию, смятию, ударным нагрузкам при комнатной и отри­цательных, до -60° С, температурах наплавляют электродами марок ВСН-9 и ВСН-10, принадлежащими гр.
Е (100Х12Н2АТ, 60Х14Н3М3). Структура наплавленного металла - аустенит и карбиды (НRС35 - 45).

Штампы, работающие при температурах до 400° С, наплавляют электродами Ш -7 (гр. В - 50Х2М). Структура наплавленного металла - сорбит (НRС38 - 44), а после тер­мообработки - мартенсит и остаточный аустенит.

При выборе порошковой проволоки и ленты для наплавки руководствуются теми же принципами, что и при выборе марки электродов.

Детали, эксплуатирующиеся в условиях абразивного изнашивания при нормаль­ных и повышенных температурах: детали загрузочных устройств доменных печей, била и футеровки конусных дробилок, ножи бульдозеров, гильзы шнековых насосов наплав­ляют порошковой проволокой марки ПП-АН101 (гр. G - УЗОХ25НЗСЗ), обеспечиваю­щей в структуре наплавленного металла ледебурит и карбиды. Буквы "ПП" обозначают "порошковая проволока".

Ролики рольгангов, детали смесителей, ножи для холодной резки металла и др. детали, работающие в условиях абразивного изнашивания и ударных нагрузок, наплав­ляют порошковыми проволоками марок ПП-АН103 и ПП-АН104 (гр. Е - У20Х12М и У20Х12ВФ). Структура наплавленного слоя - аустенит и карбиды.

Детали из стали Гатфильда, например, крестовины стрелочных переводов на­плавляют порошковой проволокой ПП-АН105 (гр. С – Г13Н4); в структуре наплавленно­го металла – аустенит.

Прессовый инструмент, ножи для горячей резки, штампы для горячей штампов­ки наплавляют порошковой проволокой ПП-АН 130 (гр. Н - 25Х5ФМС); структура на­плавленного металла - мартенсит.

Детали ходовой части гусеничных тракторов, звенья агломерационных машин, крановые колеса наплавляют порошковой лентой марки ПЛ-АН126 (" ПЛ" - порошковая лента), соответствующей стали 20Х2ГМ (гр. А), обеспечивающей в структуре наплав­ленного металла перлит и феррит

Наплавка слоя нержавеющей стали выполняется порошковой лентой ПЛ-АН134 (гр. D - 10Х20Н10Б): структура наплавленного металла - аустенит.

Электролитическое хромирование

Различают:   коррозионностойкое, износоустойчивое, пористое, декоративное электролитическое хромирование. Различают три группы деталей, наращиваемых хро­мом:

1) детали, наращиваемые с целью восстановить размеры и создать посадки с натягом;

2) детали, работающие на трение при малых и средних давлениях и окружных скоростях (валы, плунжеры, цилиндры, поршни, мерительный инструмент);

3) детали, работающие при повышенных давлениях и знакопеременных нагрузках (для которых необходима максимальная прочность связи слоя хрома с деталью).

При нанесении хромового покрытия необходимо осуществлять следующие опе­рации.

1- удаление с поверхности деталей смазки и загрязнений (промывка в бензине или керо­сине);

2- сушка (протирка сухой ветошью, обдув сжатым воздухом),

3- наружный осмотр в целях выявления дефектов;

4-  удаление слоя хрома: а) с латунных и бронзовых деталей - в 20-25% растворе НСl при          18-25 °С; б) с остальных деталей - в 10 -15 % растворе NaОН при 18-25 °С;

5-  промывка в холодной проточной воде, а затем - в горячей при температуре 70 - 80 °С;

6- сушка (то же, что и 2);

7- магнитный контроль для выявления трещин в деталях;

8- шлифование или полирование поверхности,

9- контроль качества поверхности;

10-  изоляция нехромируемых участков (полихлорвиниловой пленкой, цапон-лаком, кле­ем АК-20, БФ);

11- зачистка мест подключения контактов;

12- закрепление деталей в подвесочных приспособлениях;

                13-монтаж и установка анодов;

14- обезжиривание деталей (раствор: 40 - 50 г/л тринатрийфосфата +10-12 г/л NаОН + 25 - 30 г/л жидкого стекла, температура раствора 60 - 70 °С, выдержка на катоде 3 -5 мин., на аноде - 1 - 2 мин.);

15-  промывка теплой проточной водой;

16- химическое декапирование в течение 0,25 - 1,0 мин в растворе Н2SO4 при 18-25 °С,

17- промывка проточной водой;

18- электрохимическое декапирование в электролите хромирования при плотности тока, I =36 - 35 А/дм2, при температуре 50±2 °С;

19- хромирование в электролите (табл.2)

Таблица 2. - Растворы электролитов хромирования по вариантам, г/л

Компоненты электролита и режимы	1	2	3	4
хромовый ангидрид	120-150	200-250	300-350	225-300
Н2SО4	1,2-1,5	2,0-2,5	3,0-3,5
сернокислый стронции	-	-	-	5,5-6,5
КSiF6	-	-	-	18-20
температура, °С	50-65	45-60	40-50	50-65
плотность тока, А/дм2	30-100	20-60	15-30	40-100
выход по току, %	15-16	12-14	10-12	18-20

20- промывка дистиллированной водой над ванной хромирования;

21-  промывка в холодной проточной воде;

22-  промывка- нейтрализация в течение 0,5 - 1,0 мин в 3 - 5 % растворе Nа2СОз при температуре 18-25 °С;

23- промывка в холодной проточной воде;

24-  промывка в горячей проточной воде;

25- сушка в печи при температуре 120 - 130 °С,

26- контрольный обмер деталей, снятие с подвесок, удаление изоляционного слоя;

27- термическая обработка при температуре 200 - 250 °С в течение 2-3 часов для удале­ния водорода из хромового слоя;

28- шлифование до номинальных размеров;

29- окончательный контроль качества и размеров.

Большие детали хромируют не в стационарных ваннах, а при помощи перенос­ных, устанавливаемых на требуемые участки (например, внутренние полости деталей выступают в роли ванны хромирования). Для лучшего удержания смазки на деталях вы­полняют пористое хромирование. При этом используют электролит с соотношением:

Cr2O3/Н2SО4 = 95 - 120.

Для увеличения пористости после хромирования применяют   анодное травление при плотности тока, i, равной 40 - 60 А/дм2 в течение 5-12 минут в том же растворе.

Электролитическое железнение

Электролитическое железо, полученное из хлористых электролитов содержит до 99,99 % железа, 0,0001 % углерода, 0,0001 % серы и менее 0,0002 % фосфора. Добавле­ние в электролит сахара или глицерина приводит к повышению содержания углерода и твердости слоя.

Процесс ведут с использованием растворимых (стальных) и нерастворимых (угольных) электродов. Применяют хлористые и сернокислые электролиты (табл.3).

Таблица 3 - Составы электролитов железнения по вариантам, г/л.

Компоненты электролита и ре­жимы процесса	1	2	3	4
хлористое железо	200-250	300-350	600-680	-
сернокислое железо	-	-	-	300
NaС1	100	-	-	150
НС1	-	-	-	0,4-0,7
рН	0,8-1,2	0,8-1,2	0,8-1,5	-
температура раствора, °С	70-80	70-80	70-80	95-98
плотность тока, А/дм2	20-40	20-50	20-60	10-15
выход по току, %	85-92	85-95	85-95	90

Осадок электролитического железа, полученный в концентрированной хлористой  ванне при температуре равной температуре кипения и плотности тока 10-12 А/дм2 полу­чается пластичным и мелкозернистым. При осаждении при тех же режимах из сернокис­лых электролитов получаются хрупкие и крупнозернистые осадки. Пластичные осадки железа в сернокислых ваннах можно получить при нормальной температуре при плотно­сти тока 0,1 - 0,2 А/дм2. Хрупкость электролитического железа связана с поглощением им водорода. Так, например, электролитическое железо полученное из хлористой ванны при 100 °С содержит 0,002- 0,003 % Н2 и имеет твердость НВ 100-400, а из сернокислой ванны при тех же условиях - 0,085 % Н2 и твердость НВ 200-300.

Термическая обработка - отжиг при температуре 500-600 °С уменьшает содержа­ние водорода в слое и твердость на 40-45 %, внутренние напряжения - на 15-20 %.

С целью восстановления кроме электролитического хромирования и железнения применяют электролитическое никелирование и цинкование.

Электромеханическая обработка

Электромеханическая обработка (ЭМО) основана на сочетании термического и силового воздействия на поверхностный слой обрабатываемой детали. Сущность этого способа заключается в том, что в процессе обработки через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего высту­пающие гребешки подвергаются сильному нагреву, под давлением инструмента дефор­мируются и сглаживаются, а поверхностный слой металла упрочняется.

Принципиальная схема ЭМО на токарном станке показана на рис. 20. От сети напряжением    220 - 380 В ток проходит через пони­жающий трансформатор, а затем - через место контакта детали с инструментом. Сила тока и вто­ричное напряжение регулируется в зависимости от площади кон­такта, исходной шероховатости поверхности и требований к ка­честву поверхностного слоя

Рис.20

На рис.20: 1 - рубильник; 2 - реостат; 3 - вторичная обмотка; 4 - патрон; 5 - деталь; 6 -задняя бабка, 7 - инструмент.

Процесс ЭМО имеет разновидности: электромеханическое сглаживание (ЭМС), электромеханическую высадку металла (ЭМВ). Высадка является основной операцией электромеханического восстановления деталей, а поэтому часто под ЭМВ подразумева­ется сам способ восстановления.

С точки зрения металловедения, процессы ЭМО можно отнести к особому типу поверхностной термомеханической обработки (ТМО). При этом наблюдается получение особой мелкодисперсной и твердой структуры лишь в поверхностном слое, обладающем высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами

Процесс восстановления деталей методом ЭМО основан на перераспределении материала восстанавливаемой детали. При этом различают два способа восстановления: без добавочного материала и путем закатывания добавочного металла.

При осуществлении восстановления посадочных поверхностей нормально изношенных дета­лей без добавочного металла (рис. 21) технологи­ческий процесс состоит из двух операций: высад­ки металла и сглаживания посадочной поверхно­сти до определенного размера.
В первом случае обработка проводится пластиной 2 из твердого сплава, ширина поверхности контакта которой численно меньше подачи примерно в три раза, а во втором случае - твердосплавной пластиной 3, ширина контакта которой значительно превышает подачу.

Рис. 21

При восстановлении деталей с введением дополни­тельного металла (рис.22) производится глубокая высадка изношенной поверхности детали 1 пластиной 2, затем для лучшего направления проволоки (добавочного металла) производится некоторое сминание вершин выступов, после чего в канавку вставляется конец про­волоки 3 и производится электромеханическое сглажива­ние пластиной 4 при малой окружной скорости. При этом вводимая проволока имеет принудительное направление.



Рис. 22

Классификация наплавочных материалов

Наплавочные материалы классифицируют по различным признакам. Принятое Международным институтом сварки (МИС) подразделение наплавочных материалов предусматривает классификацию их по химическому составу наплавленного металла.

Нелегированные или низколегированные стали в зависимости от содержания уг­лерода относят к группам: А (содержание углерода менее 0,4%) и В (содержание углеро­да более 0,4%). Твердость наплавленного металла группы А - НRС40, группы В -НRС60.

Аустенитные высокомарганцовистые стали относят к группе С; в рабочем со­стоянии они имеют твердость НRС50.

К группе В принадлежат аустенитные хромоникелевые стали с твердостью в ра­бочем состоянии НRС40.

Хромистые стали с твердостью НRС45 относятся к группе Е.

Быстрорежущие стали, группа К, обладают высокой твердостью в рабочем виде - НRС62.

Примерно такую же твердость (НRС60) имеют высокохромистые специальные чугуны - группа С.

Соответственно, к группам Н, N, Qa, Qb и Р принадлежат хромовольфрамовые теплостойкие стали, кобальтовые сплавы с хромом и вольфрамом, никелевые сплавы с хромом и бором, никелевые сплавы с молибденом и карбидные зернистые и спеченные сплавы.

В отечественной практике принята классификация, учитывающая химический состав наплавленного металла, его микроструктуру, условия эксплуатации и назначение наплавляемых деталей.

Большое значение для качества наплавленного металла играет его микрострукту­ра. В ряде случаев используется  классификация применяемых в промышленности напла­вочных материалов по этому принципу.

1.  Наплавочные материалы, обеспечивающие структуру мартенсита или продук­тов его распада.

2.  Наплавочные материалы, обеспечивающие получение аустенитной структуры.

3.  Доэвтектические и эвтектические сплавы со структурой, состоящей из дендритов, аустенита и эвтектики.

4.   Наплавочные  материалы,   которые   при   наплавке  обеспечивают  получение структуры заэвтектических чугунов, представляющей собой ледебурит и первичные кар­биды.

Наплавочные материалы, дающие наплавленный металл с преимущественно мартенситной основой и мелкими специальными карбидами.

Классификация способов восстановления

1. Сварка - технологический процесс образования неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений путем их местного сплавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами соединяемых тел. Существуют свыше 60 методов сварки, наиболее распространенными из которых являются

1.1.  Ручная дуговая - применяется для заварки трещин, обломов, приварки накла­док, вставок, заплат.

1.2.  Автоматическая и механизированная дуговая - то же и сварка тонколистового материала.

1.3  Аргонно-дуговая - сварка алюминия и коррозионностойких сталей.

1.4.  Газовая - заварка трещин, обломов, сварка тонколистового материала.

1.5.  Контактная - сварка тонколистового материала.

1.6 Трением - стыковая сварка деталей и их элементов при повышенных требова­ниях к качеству сварного соединения I 7. Термитная - сварка крупногабаритных и массивных деталей

1.8.  Электрошлаковая - приварка обломов, сварка крупногабаритных деталей.

1.9.  Электроннолучевая - сварка ответственных деталей с повышенной точностью.

1.10.  Ультразвуковая - сварка цветных металлов, пластмасс, сталей

1.11.  Высокочастотная - сварка коррозионностойких сталей, пластмасс.

1.12.  Магнитно-импульсная - сварка разнородных материалов

1.13.  Взрывом - то же.

1 14. Давлением - сварка деталей и элементов различных по конфигурации.

1.15. Диффузионная в вакууме - сварка ответственных и мелких деталей с повы­шенной точностью

1.16.  Кузнечная - сварка неответственных деталей с невысокой точностью при повышенных требованиях к прочности сварного соединения,

Примечание. Материал выносится на самостоятельное изучение и рассматривается на семинарском занятии.

2. Наплавка - нанесение слоя металла заданного состава на деталь или режущую часть инструмента методами сварки для образования поверхностного слоя, обладающего за­данными свойствами (повышенной прочностью, износостойкостью, кислотостойкостью и т.д.), а также для восстановления изношенной поверхности. Основные способы на­плавки:

2.1. Дуговая под флюсом - наплавка деталей диаметром более 50 мм при повы­шенных требованиях к качеству наплавленного металла и толщине слоя наплав­ленного металла более 1 мм.

2.2.  Дуговая в среде С02 - наплавка стальных деталей диаметром более 16 мм ши­рокой номенклатуры.

2.3  Дуговая с газопламенной защитой - наплавка стальных и чугунных деталей работающих в различных условиях.

2.4  Вибродуговая - наплавка стальных деталей работающей в различных условиях при невысоких требованиях к сопротивлению усталости.

2.5  Дуговая порошковой проволокой или лентой - наплавка износостойких слоев  на детали, работающие в условиях интенсивного изнашивания, ударных нагрузок, в узлах трения.

2.6. Дуговая в среде аргона - наплавка алюминиевых деталей и деталей из корро­зионностойких сталей.

2.7.  Контактная - наплавка гладких цилиндрических деталей с износом не более 1мм.

2.8.  Газовая - наплавка цилиндрических и профильных деталей с местным изно­сом при повышенных требованиях к износостойкости.

2.9. Плазменная - наплавка ответственных деталей при повышенных требованиях к износостойкости и сопротивлению усталости.

2.10. Многоэлектродная под флюсом - наплавка деталей со значительным износом

по величине и площади

2.11. Лежачим электродом - наплавка плоских поверхностей и поверхностей со сложной конфигурацией со значительным износом.

2.12. Электроимпульсная - наплавка наружных цилиндрических поверхностей с износом до 0,5 мм с ограничением температуры нагрева детали.

2.13.  Электроискровая - наращивание и упрочнение поверхности с износом до 0,2 мм при невысоких требованиях к сплошности покрытия.

2.14. Электрошлаковая - наплавка деталей с износом более 6 мм.

215. Жидким металлом - наплавка деталей со значительным износом (более 3 мм) при повышенных требованиях к износостойкости и невысоких требованиях к стойкости против ударных нагрузок.

2.16. С одновременным деформированием - наплавка деталей с наружным шлицевым профилем.

2 17. С одновременным резанием - наплавка и обработка износостойких материа­лов в нагретом состоянии, обработка которых в холодном состоянии затруднена.



2.18.  Лазерная - наплавка износостойких материалов на ответственные детали со сложным профилем.

2.19.  Высокочастотная - наплавка износостойких материалов на рабочие органы и лезвия почвообрабатывающих и землеройных машин.

2.20. Высокочастотная в огнеупорной среде - наплавка проушин и цевок звеньев гусениц тракторов.

3. Нанесение газотермических покрытий:

3.1.  Пламенное, порошковыми материалами без оплавления (на ацетилене или пропан-бутановой смеси) - восстановление и упрочнение наружных и внутренних цилиндрических поверхностей неподвижных сопряжений при невысоких требо­ваниях к прочности сцепления с основным материалом.

3.2.  Пламенное, порошковыми материалами с оплавлением - то же, но при повы­шенных требованиях к износостойкости и сцеплению с основным материалом.

3.3. Плазменное, порошковыми материалами - восстановление и упрочнение наружных и внутренних цилиндрических поверхностей,

34. Плазменное проволокой сплошного сечения - то же.

3.5.  Детонационное - нанесение износостойких покрытий с особыми свойствами.

3.6. Ионно-плазменное - нанесение износостойких и защитных покрытий с осо­быми свойствами толщиной не более 0,02 мм.

3.7. Дуговое - нанесение покрытий на наружные и внутренние цилиндрические поверхности при невысоких требованиях прочности сцепления с основным мате­риалом.

3.8. Высокочастотное - то же.

4. Холодное пластическое деформирование:

4.1.  Раздача - восстановление наружных поверхностей полых деталей с нежестки­ми требованиями к внутреннему размеру.

4.2.  Раздача с одновременной вытяжкой - восстановление специальным деформи­рующим инструментом наружных поверхностей и длинных полых деталей с не­жесткими требованиями к внутреннему размеру.

4.3. Вытяжка - восстановление длины деталей с нежесткими требованиями к на­ружному размеру.

4.4 Раскатка - закрепление дополнительных ремонтных деталей в отверстиях.

4.5. Дорнование и калибровка - восстановление поверхностей отверстий после осадки или термического воздействия.



4.6. Протягивание - то же.

4.7.  Осадка - восстановление наружных и внутренних поверхностей деталей при нежестких требованиях к длине.

4.8.  Правка - восстановление формы.

4.9.  Накатка - восстановление поверхности неответственных деталей, восстано­вление рифленной поверхности.

4.10.  Обжим - восстановление внутренней поверхности детали при нежестких требованиях к размеру наружной.

4.1 I  Чеканка - восстановление формы детали, упрочнение сварных швов.

5. Горячее пластическое деформирование:

5.1. Давление в закрытом штампе - восстановление формы и элементов детали за счет перераспределения металла из нерабочих поверхностей на рабочие для ком­пенсации износа.

5.2.  Гидротермическая раздача - восстановление наружных поверхностей полых деталей с нежесткими требованиями к внутреннему размеру.

5.3. Термопластический обжим - восстановление внутренних поверхностей полых деталей.

5.4.  Накатка - восстановление зубчатых профилей шестерен и звездочек.

5.5 Ротационное деформирование - восстановление зубчатых и шлицевых поверх­ностей.

5 6. Обжим - то же, что 4.10.

5.7  Правка-то же, что 4.8.

5.8  Вытяжка - то же, что 4.3.

5.9.  Осадка - то же, что 4.7.

5.10.  Раздача - то же, что 4.1.

5.11.  Выдавливание - местное деформирование с целью восстановления профиля и размеров рабочих поверхностей.

5.12. Оттяжка - восстановление формы рабочих поверхностей и режущих кромок.

5.13. Термомеханическая обработка - восстановление физико - механических харак­теристик металла, упрочнение.

6. Гальванические процессы:

6.1. Железнение - восстановление наружных и внутренних поверхностей с износом, не превышающим 0,2 - 0,5 мм при невысоких требованиях к прочности сцеп­ления покрытия с основным металлам и требованиях повышенной твердости.

6.2.  Хромирование - восстановление наружных и внутренних поверхностей с из­носом менее 0,2 мм при повышенных требованиях к износостойкости слоя.

63. Химическое и электролитическое никелирование - восстановление наружных и внутренних поверхностей с износом не более 0,05 мм,



6.4.  Цинкование - защитное покрытие от коррозии.

6.5.  Меднение - восстановление наружных и внутренних поверхностей деталей из медных сплавов.

6.6  Электролитическое натирание цинком и железоцинковыми сплавами - вос­становление внутренних и наружных поверхностей при невысоких требованиях к твердости поверхности.

6.7. Нанесение гальванополимерных покрытий - восстановление внутренних и наружных поверхностей цилиндрических деталей.

6.8.  Кадмирование - защитное антикоррозионное покрытие.

7.  Нанесение полимерных материалов:

7.1. Напылением (газопламенное, в электростатическом поле, в псевдоожиженном слое, центробежным намазыванием) - восстановление формы поверхности обли­цовок и оперений, восстановление антифрикционных и электроизоляционных покрытий, восстановление посадочных поверхностей, заделка трещин, пробоин.

7.2. Литье под давлением, опрессовкой - восстановление антифрикционных, элек­троизоляционных и декоративных покрытий

7.3.  Намазывание жидких прокладок, герметиков - восстановление герметичности соединений.

8. Применение дополнительных деталей:

8.1. Обрезка и приварка быстроизнашивающихся элементов - восстановление ра­бочих органов почвообрабатывающих, землеройных и мелиоративных машин, экструдеров, смесителей.

8.2. Бандажирование - восстановление наружных поверхностей, например, крано­вых колес.

8.3.  Приварка элементов и вкладышей - восстановление размеров профильных поверхностей.

8.4.  Постановка втулок и компенсационных шайб - восстановление отверстий и размерных цепей.

9. Химико-термическая обработка:

9.1. Цементация и нитроцементация - поверхностное упрочнение.

9.2. Повторное азотирование - восстановление деталей с износом не более 0,02 мм, поверхностное упрочнение.

9.3. Диффузионное хромирование - восстановление деталей с износом не более 0,05 мм, поверхностное упрочнение.

9.4.  Сульфохромирование - восстановление деталей с износом не более 0,01 мм, поверхностное упрочнение.

9.5.  Диффузионное цинкование - восстановление деталей из медных сплавов с износом не более 0,8 мм.

9.6. Диффузионное борирование - поверхностное упрочнение.

10. Электромеханическая обработка:

10.1. Высаживание и выглаживание - восстановление поверхностей неподвижных сопряжений с износом до 0,2 мм

11. Электрофизическая обработка:

11.1. Электроконтактная подводная, электроабразивная, анодно-механическая, электроэрозионная - обработка наплавленных поверхностей имеющих высокую твердость.

12. Пайка:

12.1. Легкоплавкими припоями, тугоплавкими припоями, пайка - сварка - восста­новление герметичности соединений трубопроводов, восстановление инструмента.

13. Термическая обработка:

13.1. Отпуск, нормализация, отжиг, закалка, улучшение - восстановление физико-механических свойств и структуры материала, упрочнение.

Контроль качества

Качество восстановленных деталей оценивают степенью соответствия получен­ных физико-механических свойств и геометрических параметров заданным технически­ми условиями на восстановление или ремонтным чертежом.

Выполняют следующие виды контроля:

- летучий;

- промежуточный;

- окончательный.

Летучий контроль производится выборочно на отдельных деталях, как на отдельных операциях, так и на готовых изделиях.

Промежуточный контроль производится пооперационно и по группам операций. Вы­полняется самими рабочими, бригадиром или мастером.

Окончательный контроль проходят все детали. Выполняется работниками ОТК пред­приятия.

При обработке резанием проверяют: 1) соответствие размеров, формы, шерохова­тости заданным чертежом или техническими условиями; выполняют универсальным измерительным инструментом, калибрами и т.п. 2) периодически проверяют состояние технологического оборудования, режимы обработки.

При сварке и наплавке проверяют качество швов, толщину наплавленного металла, его твердость. Ответственные детали после осмотра подвергают магнитной, цветной или другой дефектоскопии.

Герметичность контролируют керосином или воздухом при определенном давле­нии на специальных стендах.

Гальванические покрытия контролируют по внешнему виду осажденного метал­ла. Прочность сцепления оценивается путем нанесения острым инструментом двух ри­сок в виде креста и рассматривания под лупой на предмет наличия отслоения покрытия. Твердость покрытия измеряется микротвердомером, например, ПМТ - 3.

На термоучастках контролю подлежит соблюдение режимов термообработки и твердость деталей.

и задачи курса. Причины выхода

Введение.   Цель и задачи курса. Причины выхода машин из строя.

ЛЕКЦИЯ 1О

Материалы для наплавки. Себестоимость восстановления. Годовой экономический эф­фект от восстановления деталей

До последнего времени при выборе материала для наплавки доминировал эмпи­рический подход. При этом условия эксплуатации деталей оценивались исключительно качественно. Например, условия ударно-абразивного воздействия на деталь описывают­ся следующими определениями: "незначительные", "умеренные", "значительные" удар­ные нагрузки, т.е. они весьма условны, так как не основаны на объективных методах испытания.

И.В.Петровым был предложен количественный критерий ударно-абразивного воздействия - коэффициент динамичности, Кд. Он определяется, как отношение твердо­сти образца из стали 110Г13Л после износа к его исходной твердости при данных усло­виях эксплуатации (известно, что данная сталь способна наклепываться под воздействи­ем ударных нагрузок). Зная величину Кд для конкретных условий работы детали можно более точно выбрать материал для ее восстановительной или упрочняющей наплавки.

Кроме условий эксплуатации деталей, при выборе наплавочных материалов сле­дует учитывать их стоимость и дефицитность.

и повторного использования материалов. Классификация

Техническая и экономическая целесообразность восстановления деталей и повторного использования материалов. Классификация способов восстановления деталей.

Техническая и экономическая  целесообразность восстановления деталей и повторного использования материалов

Поскольку, как восстановление деталей, так и повторное использование различ­ных материалов связано с определенными материальными и трудовыми затратами, то перед началом проведения работ по восстановлению или переработке материалов необ­ходимо оценить насколько целесообразно с технической и экономической точек зрения их осуществление.

Техническая целесообразность восстановления учитывает: 1) уникальность под­лежащей восстановлению детали; 2) серийность восстановительных работ для рядовых деталей; 3) степень износа деталей;     4) наличие условий для сбора, подготовки и восста­новления деталей; 5) наличие материалов; 6) ресурс восстановленной детали.

Экономическая целесообразность определяется путем укрупненных расчетов се­бестоимости восстановления:

Св = ()Дп  + 0,1Цн  ,

где d- число восстанавливаемых поверхностей детали;

Суд- удельная себестоимость восстановления единицы площади (длины) i-ой поверхности принятым способом, грн/дм2 или грн/дм;

 Si- площадь (длина) i-ой поверхности;

Кпд,- коэффициент повторяемости дефекта i-ой поверхности;

Дп- коэффициент, учитывающий затраты на подготовительные работы (при восстановлении для собственных нужд Дп=1,03; при централизованном восстановлении Дп= 1,1);

Цн- первоначальная цена восстанавливаемой детали.

Для решения вопроса об экономической целесообразности восстановления необходимо сравнить себестоимость восстановления (Св) с ценой новой детали (Цнов). Восстановле­ние имеет экономическую целесообразность в случае, когда соблюдается условие; Св<Цнов.

Повторное использование материалов включает в себя два основных этапа: сбор и переработку. Техническая целесообразность проведения, как первого, так и второго этапа учитывает: 1)ценность и дефицитность материала подлежащего переработке; 2)содержание полезного продукта в отработанном материале; 3)возможность сбора, хранения и сортировки отработанного материала; 4)наличие, вид, количество загрязне­ний и посторонних примесей в нем; 5)возможность отделения полезного продукта от примесей , 6)потери при переработке (выход годного); 7)качество получаемого продук­та.

Экономическая целесообразность повторного использования материалов опреде­ляется при сравнении затрат на переработку отработанного и цены на "новый" матери­ал. Как и в случае восстановления, повторное использование экономически оправдано, если затраты на него меньше, чем цена "нового" материала.

 

химические основы наплавки. Флюсы. Формирование

Наплавка. Физико- химические основы наплавки. Флюсы. Формирование переходной зоны

при наплавке.

Наплавка по сравнению с другими способами восстановления дает возможность получать на поверхности деталей слой необходимой толщины и нужного химического состава, обладающий заданным комплексом свойств. В общем объеме работ по восста­новлению деталей на ремонтных предприятиях различные способы составляют, %:

- наплавка под слоем флюса -31;

- вибродуговая - 12;

-  в среде углекислого газа -20;

- порошковой проволокой без флюса и газовой защиты - 10;

- плазменная -1,5;

- электроконтактное напекание - 6;

- гальванические способы - 5;

- электромеханическая обработка - 1;

- электрошлаковая наплавка-1,5;

- наплавка жидким металлом - 2;

- восстановление полимерами - 5;

-          другие способы - 5.

-           

Газопламенное нанесение порошковых материалов. Металлизация.

Газопламенное нанесение порошковых материалов. Металлизация. Наплавка взрывом. Детонационное нанесение порошковых материалов

Электромеханическая обработка. Применение пластмасс

Электромеханическая обработка. Применение пластмасс и клеев. Восстановительная

термообработка.

Технология восстановления деталей: очистка деталей;

Технология восстановления деталей: очистка деталей; дефектация и сортировка; вос­становление;       контроль качества

Механизм образования связи между слоями

Для возникновения связи между металлами необходимо, чтобы поверхностные атомы были сближены на расстояния, при которых между ними возникло бы энергети­ческое взаимодействие, т.е. на расстояния порядка 10-8 – 10-7 см, характерные для распо­ложения атомов в кристаллической решетке.

Для такого сближения атомов необходимо, чтобы жидкий металл смачивал твер­дый. Чтобы получить хорошее сцепление, необходимо возникшие при смачивании меж­дуатомные связи сохранить после полной кристаллизации наплавляемого металла. Для первичного акта возникновения связи необходимо, чтобы имелись: а) чистая поверх­ность раздела; б) достаточная подвижность атомов хотя бы одного из металлов, которая допускает некоторое приспосабливание решеток соединяемых металлов.

Если при кристаллизации жидкого металла на поверхности твердого решетка об­разующейся фазы полностью совпадает с решеткой выходящего на поверхность твердо­го кристалла, то новый кристалл как бы продолжит в своем росте уже имевшийся. Чаще, однако, вновь образующиеся кристаллы имеют собственную решетку, отличную по типу и параметрам от решетки твердого металла, и соединение между ними происходит через промежуточный слой с искаженной кристаллической решеткой (переходной слой).

Металлизация

Металлизация - это один из распространенных способов получения металличе­ских покрытий поверхностей нанесением на эти поверхности расплавленного металла. Сущность метода заключается в том, что металл, расплавленный дугой (при электроме­таллизации) или ацетиленокислородным пламенем и распыленный сжатым воздухом (давлением 0,6 МПа) покрывает поверхность восстанавливаемой детали.

Процесс дуговой металлизации осуществляется металлизатором.  Аппарат   (см. рис 19) действует

Рис.19

следующим образом: с помощью протяжных роликов по направ­ляющим наконечникам непрерывно подаются две проволоки (1), к которым подведен элек­трический ток. Дуга, возникающая между проволоками, расплавляет металл. Одновре­менно по воздушному соплу 5 в зону дуги подается сжатый воздух (давление 0,6 МПа). Скорость движения частиц металла в струе достигает 120 - 300 м/с. Высокая скорость и малое время движения частиц, не превышающее сотых долей секунды, обусловливает пластическое деформирование частиц в момент удара их о твердую поверхность детали 6 и заполнение частицами неровностей и пор, сцепление частиц между собой и поверх­ностью. Таким образом, формируется сплошное покрытие толщиной от нескольких микрон до 10 мм (обычно для тугоплавких металлов толщина слоя от 1 до 1,5 мм, а для легкоплавких - от 2,5 до 3 мм).

В зависимости от источника расплавления металла металлизацию разделяют на:

1 - газопламенную; 2 - дуговую; 3 - высокочастотную; 4 - плазменную.

 Наибольшее распространение на практике нашла дуговая металлизация.

В зависимости от цели восстановления и условий эксплуатации деталей для металлизации применяют проволоки различных марок (табл.1).

Таблица 1. - Марки проволок для дуговой металлизации

Операции	Материал проволоки
Восстановление поверхностей под непод­вижные посадки	Стали: 08, 10, 15, 20
Получение износостойких покрытий	Стали: 45, У7, У8, У10. Проволоки марок Нп-40, Нп-ЗОХГСА, Нп-ЗОХ13
Металлизация   деталей,   работающих   при высоких температурах	Хромоникелевые стали
Восстановление подшипников скольжения	Антифрикционные сплавы: 50 %А1+50 % Al
Заделка трещин, раковин и нанесение анти­коррозионных покрытий на чугунные дета­ли	Цинк марок Ц1, Ц2
Заделка трещин в деталях из алюминиевых сплавов	Сплавы: АД, АМц, АМг

Применяя разнородные материалы проволок можно получить композиционные покрытия. При нанесении слоя покрытия на деталь температура нагрева последней  достигает 50 -70 °С, что позволяет наносить металлические покрытия на любые материалы (металлы, пластмассу, дерево, резину).

Недостатками процесса металлизации являются: 1. Металлизированный слой не повышает прочности детали. Поэтому металлизация не годится для восстановления деталей с ослабленным сечением. 2. Сцепляемость покрытия с деталью невысока. Поэтому не следует восстанавливать детали, работающие в условиях: а) сухого трения; б) динамических нагрузок.

Методы измерения износа

Существует несколько методов измерения износа, нашедшие большее или мень­шее применение в науке и технике.

1. По потере веса детали или образца. Определяется величина абсолютного износа:

т1 – т2 ,

где m1 и m2: - масса образца или детали до начала изнашивания и после, соответственно;

либо величина относительного износа:

100 (т1 - т2)/т1 %.

Этот метод недостаточно точный, так как происходит взвешивание всего образца или детали, в то время как изнашиванию подвергается лишь его отдельная часть.

2.  Метод определения линейного износа. Сущность метода заключается в измере­нии размеров трущихся тел до и после определенного периода эксплуатации (экспери­мента). Определяется величина абсолютного и относительного износа. Этот метод, не­смотря на недостаток присущий предыдущему методу, нашел на практике наибольшее распространение. Для осуществления метода применяют универсальные измерительные инструменты: микрометры, микрометрические нутромеры, индикаторные приборы.

            3. Метод искусственных баз. Сущность метода - в изменении размеров сужи­вающегося углубления, сделанного на изнашиваемой поверхности, профиль которого известен. Может быть нанесен отпечаток в виде пирамиды, конуса или высверлено ко­ническое углубление, вышлифована лунка. Включает в себя:

- метод отпечатков. Искусственная база создается при вдавливании алмазной пирамид­ки  с  углом   при   вершине   136 о.   Величина   износа,  Dh),   определяется   по  формуле:

,

Рис.5

где d1, и d2 - размер диагонали отпечатка (рис.5) до начала изнашивания и после его завершения, соответственно.

Метод хорошо зарекомендовал себя при измерении износа плоских поверхностей.

 - метод накерненных отпечатков. На поверхность, на которой определяется износ, уда­ром молотка с помощью керна с конической рабочей частью (угол при вершине, a, - 120 - 140 °) делают отпечаток. Величина износа определяется по формуле: Dh = с (d1 – d2) , где с = 0,5tg(90 - a/2).

- метод вырезанных лунок. Отличается от предыдущих методов тем, что на исследуемую по­верхность наносится искусственная база с помощью резца имеющего рабочую поверх­ность в форме трехгранной пирамиды.

4.  По количеству изношенного металла в масле. Метод применяют для определе­ния износа деталей работающих в условиях жидкостного трения. После определенного периода эксплуатации    из резервуара сливают масло и весовым методом определяют количество попавшего в него металла.

5.  Метод радиоактивных изотопов. Позволяет осуществлять непрерывный кон­троль за ходом изнашивания в процессе эксплуатации. До начала измерений необходимо активизировать металл исследуемой детали одним из следующих способов:

1)  введением радиоактивного изотопа при плавке;

2) нанесением радиоактивного электролитического покрытия;

3) диффузионным насыщением;

4) установкой радиоактивных вставок;

5) облучением нейтронами.

При эксплуатации детали с продуктами износа, пропорционально им, в масло попадают атомы радиоактивного индикатора. По интенсивности излучения в пробе масла судят о количестве металла попавшего в масло за исследуемый период времени.

Очистка деталей

Детали, сдаваемые на восстановление, очищают до такого состояния от загрязне­ний, чтобы их можно было осмотреть и выявить дефекты. От качества и полноты про­веденных очистных работ зависит культура производства при восстановлении, произво­дительность труда, долговечность отремонтированных деталей.

Классификация загрязнений и способы их очистки

1.  Остатки смазочных материалов. Удаляют в растворах синтетических моющих средств.

2.  Нагары. Это - твердые углеродистые частицы, образовавшиеся в результате сгорания топлива и масел. Удаляют в расплавах солей, в растворяюще-эмульгирующих средствах с доочисткой инструментом.

3.  Лаковые отложения. Это - результат термического окисления тонких масляных пле­нок. Удаляют в растворяюще-эмульгирующих растворах с доочисткой инструментом и галтовкой.

4.  Осадки. Это - липкая мазеобразная масса, откладывающаяся, как правило, в маслока-налах и грязеуловителях. Включает в себя продукты окисления масла и топлива, сажу, пыль, воду, частицы износа. Удаляют в кислотных растворах и расплавах солей, песком, ручным и механизированным инструментом.

5.  Накипь. Образуется на деталях системы охлаждения. Удаляется в кислотных раство­рах, косточковой крошкой, очисткой ручным или механизированным инструментом.

6.  Продукты коррозии и механического изнашивания деталей. Удаляют в растворах ки­слот, ручным и механизированным инструментом.

7.  Старые лакокрасочные покрытия. Удаляют в растворах щелочных средств и с помо­щью смывок.

Для удаления различных загрязнений применяется целая гамма очищающих средств. Некоторые из них приведены в таблице 3.

Таблица 3.-Классификация очищающих средств

Очищающие сред­ства	Состав	Представители	Температурный интервал приме­нения, °С
СМС	Синтетические ПАВ и на­триевые соли органических кислот	МЛ-51, МЛ-52, Лабомид-101, МС-8, Темп- 100	70-100
Щелочные моющие	Щелочи, щелочные соли	Каустик	80-100
Растворители	Углеводороды и их галлоидные производные	Керосин, дизтопливо, трихлорэтилен	20-60
Растворяюще-эмульгирующие (РЭС), в т.ч. РЭС-1	Углеводороды, ПАВ, стаби­лизаторы	АМ-15, ДВП-1	20-50
РЭС-2	Хлорированные углеводо­роды, ароматические угле­водороды	Ритм	20

 

 

 

 

Переработка лома и отходов черных металлов

Производство черных металлов основано на применении сырых материалов с определенными стандартными свойствами и качеством. Вторичные черные металлы - основная часть металлургического сырья, поэтому в Украине действует ГОСТ 2787-84 "Лом и отходы черных металлов (шихтовые)".

Вторичные черные металлы используются при производстве стали и чугуна лишь потому, что имеют определенную металлургическую ценность.

Металлургической ценностью называется степень его эквивалентности заменяе­мому им первичному сырью (передельному чугуну и т.п.), т. е. способность металлолома превращаться под воздействием труда в продукт металлургического производства. Раз­личные виды и классы металлолома имеют различную металлургическую ценность, ко­торая характеризуется коэффициентом сравнительной металлургической ценности. Этот коэффициент определяется соотношением затрат на производство единицы металлурги­ческой продукции одинакового качества из первичного сырья и заменяющего его ме­таллолома. В ресурсах вторичных металлов имеются виды и классы металлолома как с пониженной (стружка), так и с более высокой металлургической ценностью.

Классификация лома и отходов черных металлов заключается в распределении их по видам, категориям, группам и классам в зависимости от химического состава, на­значения, качества и габаритов в соответствии с действующим стандартом. Весь метал­лолом разделен на три вида, две категории, 82 группы, два класса. Виды металлолома - стальной, чугунный и доменный присад - представляют собой классификационное де­ление лома и отходов по содержанию углерода и по назначению.

Стальной металлолом (стальные лом и отходы) - это лом и отходы черных ме­таллов, содержащие до 2 % С, предназначенные в основном для сталеплавильных агре­гатов, а также для вагранок.

Чугунный металлолом (чугунные лом и отходы) - это лом и отходы черных ме­таллов, содержащие более 2 % С. предназначенные в основном для вагранок, а также для сталеплавильных печей.

Дробление применяется в основном для переработки стальной вьюнообразной стружки.

Брикетирование применяется как один из способов окускования чугунной и стальной стружки. Брикетирование производят различными методами: 1) с применени­ем связующих материалов (жидкого стекла, цемента и др.), 2) с применением электриче­ского тока, 3) с использованием энергии взрыва.

Переплав в шихтовые слитки применяется как способ переработки для окускова­ния стружки легированной стали и сплавов. После переплава в небольших дуговых пе­чах даже смешанной стружки получают слитки тяжеловесной металлошихты. Они име­ют усредненный химический состав.

Разделка на копрах, прессах или взрывом применяется для переработки металло­лома в виде особенно тяжелых, негабаритных и часто бесформенных массивов. Для ко­провой разбивки металлолома применяют специальные сооружения - копры. Копровая разбивка (станин крупных чугунных отливок и т.д.) основана на разрушении хрупких металлических массивов с помощью падающего на них груза - копровой бабы.

Разделка металлолома взрывом применяется только в тех случаях, когда металли­ческие массивы невозможно разрушить другими способами. Заряды взрывчатых веществ закладывают в специально сделанные углубления - шпуры либо накладывают или вводят прямо в массив, после чего производят взрыв.

Как уже отмечалось, при сборе, хранении, переработке и других операциях нельзя смешивать лом и отходы различных групп, категорий и металлов (углеродистых с леги­рованными, легированных или углеродистых - с цветными и т.д.). В противном случае происходит образование смешанного металлолома, который требует обязательной сортировки.

Сортировка вторичных черных металлов включает разделение их на виды, груп­пы и классы с выделением лома для дальнейшей переработки, а также отбор из него цветного и взрывоопасного лома, неметаллических примесей. Для сортировки смешан­ного металлолома применяют следующие основные способы опознания его составляю­щих:



1) внешние признаки; 2) склонность к намагничиванию; 3) искровая проба;

4) спектральный анализ; 5) химический анализ.

Переработка нестандартных металлоотходов.

При специальных видах металлообработки образуется большое количество ме­таллоотходов, которые не могут быть классифицированы в соответствии с ГОСТ 2787. На металлургических заводах такими являются мелкофракцнонные отходы при зачистке поверхностных дефектов абразивными кругами на слитках, слябах, поковках и прокате легированных сталей и сплавов (легированные пылевидные отходы). На машинострои­тельных и литейно-механических заводах при удалении заусениц и зачистке поверхност­ных дефектов чугунного и стального литья, шлифовке разнообразных деталей (углеро­дистые пылевидные отходы). В инструментальных цехах машиностроительных пред­приятий большое количество инструментальных пылевидных отходов образуется при изготовлении и заточке инструментов из твердых сплавов и быстрорежущих сталей.

Использование мелкофракционных отходов невозможно пока от них не отделены частицы абразива. Однако разделение отходов на металлическую и неметаллическую составляющую часто затруднено.

Металлическая составляющая углеродистых пылевидных отходов обладает силь­номагнитными свойствами, а неметаллическая составляющая - немагнитна. Поэтому такие отходы лучше всего обогащать методом сухой магнитной сепарации. Затем отхо­ды подвергают грохочению. Полученный концентрат может быть использован в порош­ковой металлургии или же после окускования для переплавки. Абразивная пыль может быть использована при выплавке синтетических шлаков, применяемых для улучшения качества стали.

Переработка лома и отходов цветных металлов.

Лом и отходы цветных металлов так же, как и вторичные черные металлы, долж­ны быть подготовлены к использованию, т.е. пройти переработку. Переработка вторичных цветных металлов состоит обычно из следующих основных производственных про­цессов: 1) разделка; 2) сортировка; 3) приведение в габаритное состояние; 4) обработка стружки; 5) обогащение шлаков; 6) оплавление алюминиевого, свинцового и цинкового лома.



Разделка лома цветных металлов заключается в удалении из него приделок чер­ных металлов и неметаллических материалов, а также в разделении механически соеди­ненных различных сплавов.

Из кабельной продукции наиболее сложно разделать силовой бронированный кабель. Обычно его рубят или режут на куски длиной до 1,5 м. С каждого куска снимают железную ленту и джутовую изоляцию, разрубают свинцовую оболочку и удаляют ее, снимают с медных или алюминиевых жил кабеля бумажную изоляцию.

При разделке аккумуляторного лома свинцовые пластины вынимают из коробок, отбивают крышки, срубают клеммы, удаляют прокладки между пластинами.

Радиаторный лом перерабатывается на аллигаторных ножницах, при помощи керосинореза или вручную.

Таким же образом разделывают и другие виды лома цветных, металлов. Сорти­ровка его производится по внешним признакам (цвет, масса, твердость и т.п.), по склон­ности к намагничиванию, капельным методом химического анализа.

Приведение лома и отходов цветных металлов в габаритное состояние произво­дят пакетированием и брикетированием, ножничной и огневой резкой и другими спосо­бами, применяя соответствующее оборудование (пакетирпрессы, брикетирпрессы, гид­равлические и аллигаторные ножницы различных типов и т.д.).

Обработка стружки цветных металлов (ее обезжиривание, сушка, дробление, магнитная сепарация) производится в центрифугах, печах различной конструкции, на стружкодробилках и магнитных сепараторах.

Пластмассы

Пластмассовые отходы возникают в промышленности при получении материа­лов, их переработке, изготовлении полуфабрикатов и изделий, а также в сфере потреб­ления в виде отслуживших свой срок изделий.

Отходы производства: а) применяют в том же самом производственном процессе (это замкнутый оборот материала); б) в другом производственном процессе после соот­ветствующей подготовки; в) вообще не применяют.

Многоразовая переработка ведет к изменению структуры и свойств материала, причем ухудшение свойств является неконтролируемым. Это связано со снижением средней молекулярной массы за счет переработки (при переработке термопласта подвер­гают воздействию высоких температур, сдвиговых напряжений и окислению; эти усло­вия вызывают механодеструкцию материала). Наряду с молекулярной массой снижаются: прочность при растяжении и изгибе, сопротивление раздиру, относительное удлине­ние при разрыве, модуль эластичности, ползучести, жесткость, ударная вязкость, тепло­стойкость, возрастает проницаемость для жидкостей, газов и паров, а стойкость в тех же средах снижается. Поэтому регенераты, как правило, используют для производства из­делий с более низкими потребительскими свойствами.

Повторное использование термопластов включает в себя: 1) сбор вторичного пластмассового сырья; 2) переработку термопластичного вторичного сырья; 3) преобра­зование пластмассового вторичного сырья в химическое сырье.

Основные требования при заготовке отходов из термопластов в сфере произ­водства - обеспечение однотипности и чистоты. Особо важно, чтобы в отходы не попа­дали металлические включения.

При сборе отходов из термопластов в сфере бытового потребления выделяют два основных способа заготовки: а) выборочный сбор отходов пластмасс; б) выделение от­ходов пластмасс из бытового мусора. Второй способ заготовки подразумевает дополни­тельную сепарацию пластмассовых отходов.

Перечень основных операций подготовки отходов термопластов к переработке приведен в табл.4.

Таблица 4. - Операции и методы подготовки термопластов к переработке

Цель операции	Операция	Метод
Изменение формы и размеров	Грубое измельчение	Распиловка (ленточные, дисковые, цепные пи­лы)
		Резание (рычажные, ударные и гидравлические ножницы)
		Дробление (валковая дробилка)
		Резание при низких и высоких температурах (ножевые дробилки)
	Тонкое измельчение	Тонкое  размалывание  (ударно-отражательная или дисковая мельницы)
	Уплотнение	Спрессовывание (пакетировочные прессы, питательные вальцы), спекание
		Агломерация (скоростные  смесители,  дисковые смесители, агломерация горячим паром)
	Грануляция	Стренговая
		Ленточная
		Горячая обрубка
Изменение	Предварительная очистка	Промывка (моечные машины)
качества
	Тонкая очистка	Промывка ( душевые установки, разбрызгивательные ванны, моечные шнековые машины, гидроциклоны)
	Сушка	Центрифугование. Сушка горячим воздухом
	Отделение металлов	Магнитное отделение. Индуктивное отделение. Осаждение.  Флотация
	Дегазация	Вакуумная дегазация
	Фильтрование	Фильтрование расплава через сито

Смешение Пластикация

Сухое смешение (силосный смеситель, мешал­ки) Дозирование Смешение в расплаве (экструдеры, вальцы)  Механический   разогрев и дополнительный подвод теплоты (вальцы, экструдеры, закры­тые смесители)

Подготовленные соответствующим образом отходы термопластов могут исполь­зоваться, как и первичное сырье, при литье под давлением, экструзии и т.д.

Преобразование пластмассового вторичного сырья в низкомолекулярное химиче­ское сырье включает в себя пиролиз полимеров, их гидролиз, гликолиз и метанолиз.



Пиролиз - это термическое разложение органических продуктов в присутствии кислорода или без него с целью получения низкомолекулярного химического сырья. При этом могут образовываться газообразные (пиролизный газ), жидкие (пиролизное масло) или твердые (кокс и др.) продукты пиролиза.

Область рабочих температур определяется перерабатываемым продуктом. Напри­мер, отходы ПХВ и побочные продукты выше 200 °С отщепляют хлороводород, а выше 400 °С разлагаются на технический углерод и углеводороды. Жидкофазный пиролиз по­листирола при температурах выше 350 °С ведет к образованию стирола с большим выхо­дом. Низкомолекулярный полиэтилен пиролизуется при 400 - 450 °С, при этом получают  алифатические богатые олефинами масла, и алифатические воски. В табл. 5 приведены примеры низко- и высокотемпературного пиролиза отходов термопластов.

Таблица 5.- Примеры низко- и высокотемпературного пиролиза отходов термопластов

Перерабатываемое сырье

Характеристика технологии и оборудования

Низкомолекулярный поли­этилен, полистирол Бутылки из полистирола Измельченные старые шины Бытовой мусор Старые шины, смеси пласт­массовых отходов, отрабо­танный кабель  Резиновые отходы, смешан­ные пластмассовые отходы

Непрерывнодействующий реактор; 400-500 °С; продукт - горючее масло  Реактор с псевдоожиженным слоем; ожиженный слой-песок, поток воздуха; 350-600 °С; продукты - частично окисленные масла Реактор с прямым обогревом и с псевдоожиженным сло­ем; ожиженный слой - пиролизный технический углерод, горячий воздух; 400-550 °С. продукты - горючее масло, сильно окисленное  Барабанный реактор с косвенным обогревом, 400 °С, про­дукты - чистый пиролизный газ для коммунального газо­снабжения, кокс Вращающийся барабанный реактор с косвенным обогре­вом;  700 °С; атмосфера азота,  продукты - пиролизные масла, газ, технический углерод, ZпО Шахтные печи с прямым обогревом и ограниченный по­дачей кислорода; продукт - пиролизный газ

Широкое распространение при переработке отходов пластмасс пиролиз нашел в Германии (фирма Ruhrcyemie AG), США (фирмы Procedyne Corp. Hydrocarbon Res. Inc.), Японии ( фирмы Japan Gasoline Co.,  Kawasaki Heavy Ind. и др.). Например, в городах Ги­фу и Кусатсу (Япония) в 1972 году внедрен метод двухступенчатого пиролиза. Он позволяет получать высококачественное химическое сырье из отходов. На первой стадии применяют микроволновый реактор-нагреватель, который работает при частоте 2,450 МГц. Диэлектрический разогрев отходов проводят, добавляя твердый NаОН и несколько капель воды к неполярным полимерам или опрыскивая поливинилхлорид и старые ши­ны водным раствором NаОН. На первой стадии происходит дегидрохлорирование и образование соляной кислоты. Вторую стадию расщепления проводят в обогреваемом до 400 - 500 °С в червячном реакторе.

Гидролиз является реакцией, обратной поликонденсации. С его помощью при направленном действии воды по местам соединения компонентов поликонденсаты раз­рушаются до исходных соединений. Гидролиз происходит под действием экстремальных температур и давлений.

Фирмой Вауеr (Германия) разработан непрерывный способ гидролиза, при кото­ром измельченный пористый материал с помощью дозирующего шнека подается в двухчервячный экструдер. В первой зоне экструдера пористый материал уплотняется, затем из него удаляется по возможности весь воздух. Уплотненный пористый материал в твердом состоянии доуплотняется в реакционной зоне. Температура цилиндра может достигать 300 °С. В реакционную зону под высоким давлением вводится вода, и матери­ал, хорошо смешиваясь с нею, быстро превращается в пасту. Полностью гидролизованный материал при температуре около 200 °С выводится через систему понижения давле­ния. При этом происходит удаление остатков воды. Продолжительность процесса со­ставляет от 5 до 30 мин., производительность установки 150 кг/ч.

По сравнению с гидролизом для расщепления отходов ПЭТФ более экономичен другой способ - гликолиз. Деструкция происходит при высоких температурах и давлении в присутствии этиленгликоля и с участием катализаторов до получения чистого дигликольтерефталата.



В настоящее время все же самым распространенным методом переработки отхо­дов ПЭТФ является их расщепление с помощью метанола – метанолиз.  Процесс проте­кает при температуре выше 150 °С и давлении 1,5 МПа, ускоряется катализаторами. На практике применяют и комбинацию методов гликолиза и метанолиза.

В Японии разработан способ преобразования вспененного полистирола. Полистирол в присутствии никелевого катализатора гидрируется при 350 °С, получается этилбензол, который можно снова использовать для получения стирола.

Отходы реактопластов после измельчения можно в определенных количествах добавлять в формовочные массы без значительного изменения свойств последних.

Для подготовки и смешения отходов реактопластов хорошо себя зарекомендова­ли установки разработанные фирмами Hull (США) и Meiki (Япония). Бракованные и от­служившие свой срок изделия, облой, литники измельчают в двухмолотковых мельни­цах. Размолотый материал просеивают, отделяя частицы более 0,5 мм, и в смесительной емкости смешивают со свежим сырьем. Пыль отсасывают. Производительность устано­вок около 50 кг/ч.

При введении в бетон - основной строительный материал - производственных отходов реактопластов получают бетон с повышенными теплоизоляционными свойст­вами. Добавки в бетон измельченных отходов резины в количестве от 0,5 до 1 % мас. улучшают экплуатационно-технические свойства пустотелых бетонных блоков.

В дорожном строительстве отходы термопластов применяют для модификации битумов. Целесообразно вводить измельченные отходы ПВХ в асфальтовую смесь при ремонте дорожного покрытия, так как это способствует повышению его морозо- и теп­лостойкости.

В сельском хозяйстве отходы вспененного полистирола применяют для улучше­ния почвы. Таким образом, на длительное время повышается воздухо- и водопроницаемость тяжелых глинистых почв. При этом также облегчается обработка земли, ускоряет­ся прогрев почвы, улучшается ее структура.

Пластмассы и эластомеры являются высококачественными горючими материала­ми, которые дают высокую температуру горения.


При сжигании они позволяют сберечь приблизительно равное по массе количество мазута (теплота сгорания обычного быто­вого мусора составляет 2900 - 8400 кДж/кг; теплота сгорания пластмасс выше более чем в 2 раза). Загружать в сжигательные установки материал следует в размолотом состоя­нии. При этом образуются отработанные газы с температурой около 1000 °С. Согласно требований охраны окружающей среды дымовые газы, которые могут содержать ток­сичные компоненты (аммиак, хлор, хлороводород, циановодород, нитрозные газы, сер­нистый газ), перед выбросом в атмосферу должны быть подвергнуты очистке.

В Чехии разработана установка для сжигания отходов пластмасс и эластомеров, в которой за 1 час сжигается 1 м3 отходов с добавлением 20 кг дизельного топлива.

 

Заключение по всему курсу

Изучение курса не ставило своей целью получение студентами энциклопедических знаний по технологиям восстановления или по технологиям переработки отходов. Напротив, во главу угла ставилась цель привить студентам навыки творческого мышления путем по­становки конкретных задач и совместного поиска путей их решения.

Подводя итог прочитанному материалу, необходимо выделить следующие основ­ные моменты.

Первое. Выбирая тот или иной способ восстановления деталей и материалы, при­меняемые для этого, следует исходить из конкретных условий эксплуатации: рассмот­реть нагрузки, при которых детали работают, воздействие среды, выяснить причины выхода их из строя.

Второе. Выполнение восстановительных работ должно быть предварено оценкой их экономической и технической целесообразности.

Третье. Технология восстановления должна отвечать ряду требований: обеспечи­вать в максимально возможном объеме возвращение деталям служебных свойств: быть максимально простой в осуществлении; не исключать возможности повторного восста­новления; не требовать применения дорогих и дефицитных материалов; не быть энерго­емкой; допускать применение средств механизации и автоматизации на всех этапах вы­полнения; отвечать требованиям техники безопасности и соответствовать природо­охранным нормам.

Четвертое. Любая работа имеет технический и экономический результат. Поэтому обязательным моментом, завершающим восстановительные работы, должна стать оцен­ка стойкости отреставрированных деталей, а также экономический эффект от внедрения выбранной технологии.

Подобными критериями следует пользоваться и при организации переработки и повторном использовании материалов, т.е. определить ценность того или иного мате­риала, способ его переработки, затраты, необходимые для превращения отхода в сырье или продукт, оценить технический и экономический эффект от проведенных работ.

Повторное использование металлов

После окончания срока службы машин, металлоконструкций и других предметов черные и цветные металлы, из которых они изготовлены, сохраняют свои основные физические и химические свойства. Благодаря этой особенности металлы могут неодно­кратно использоваться в народном хозяйстве. Амортизационные металлические изделия и металлоотходы при обработке металлов образуют металлический лом, переплавляя который получают металлы для новых изделий.

Причины выхода машин из строя

Классификация причин разрушения деталей машин.

Наблюдения за износом и повреждениями деталей машин при эксплуатации по­зволили выделить пять основных видов разрушения деталей.

Деформация и изломы (хрупкий, вязкий, усталостный изломы, остаточная деформа­ция, контактные усталостные повреждения).  Механический износ (истирание металлических пар, абразивный износ, питтингование). Эрозионно-кавитационные повреждения (жидкостная эрозия, кавитация, газовая эро­зия). Коррозионные повреждения (атмосферная коррозия, коррозия в электролитах, газовая коррозия) Коррозионно-механические повреждения  (коррозионная  усталость,   коррозионное растрескивание, коррозия при трении).

Рассмотрим некоторые примеры характерных разрушений деталей машин. Остаточная деформация. Этому виду разрушения подвержены бандажи и крановые колеса, рельсы, напряженные болты, подшипники качения. Характер повреждения - изменение геометрической формы (удлинение, изгиб, вмятины) Причины разрушения - длительное действие переменных контактных, растягивающих или сжимающих напря­жений, повышение температуры металла.

Вязкий излом. Подвержены связи и анкерные болты, несущие элементы ферм, напряженные болты. Разрушение сопровождается значительной деформацией Поверх­ность излома матовая, волокнистая. Причина разрушения значительные перегрузки из-за нарушения нормальных условий эксплуатации

Хрупкий излом. Таким образом разрушаются сварные соединения, фасонные дета­ли, болты, пальцы, втулки с повышенной твердостью Разрушение происходит при не­значительной деформации. Поверхность излома имеет кристаллическое строение При­чины разрушения - наличие ударных нагрузок, дефекты термообработки, повышенное содержание фосфора в стали, наличие концентраторов, трещин.

Усталостный излом. Подвержены рамы, оси, шатуны, болты, сварные соедине­ния, подвергающиеся воздействию длительных знакопеременных, нагрузок. Характер повреждений - образование трещин. Причина разрушения - понижение прочности ме­талла, действие знакопеременных нагрузок, циклические, термические напряжения, на­личие концентраторов напряжений.

Абразивный износ. Характерен для деталей ходовой части тракторов, исполни­тельных механизмов формовочных машин, пескометов, открытых передач и т.д. Харак­тер повреждения - постепенное изменение размеров. На поверхности наблюдаются рис­ки параллельные направлению трения. Причины разрушения - взаимодействие трущихся поверхностей с абразивными частицами.

Истирание  металлических пар. Подвержены подшипники скольжения, валы, оси, направляющие, цепные передачи, втулки и т.д. Характер повреждений - постепенное изменение геометрических размеров деталей. Причина разрушения - длительное трение сопряженных деталей.

Заедание. Присуще для шестерен зубчатых передач, подшипников качения и т.д. Характер повреждения - адгезия, вырывание частиц металла из контактных поверхно­стей. Причина разрушения - нарушение жидкостного трения при высоких скоростях.

Далее следует рассмотреть условия эксплуатации и способы повышения долго­вечности некоторых деталей машин.

Болты и шпильки резьбовых соединений в процессе эксплуатации подвергаются действию статических (при предварительной затяжке) и переменных напряжений. Их изготавливают из сталей: 10, 15, 20, 35, 40, 35Х, 40Х и др. При эксплуатации основ­ные виды повреждений: усталостные изломы и деформация. Для повышения долго­вечности: необходимо повысить предел прочности стали, уменьшить концентрацию напряжений, произвести обкатку резьбы роликом.

Колеса зубчатых передач в процессе эксплуатации подвержены изгибу зубьев, контактному сжатию, трению и ударам при изменении частоты вращения. Они изго­тавливаются из сталей: 35, 40, 45, 35Х. 40Х, 40ХН. 38ХГН, 12ХНЗА, 40ХНМА, пла­стмасс, капролона. Основные виды повреждений: излом зуба (при перегрузке), вы­крашивание и изнашивание зубьев. Для повышения долговечности следует выпол­нить: коррегирование зуба, поверхностную закалку, цементацию, азотирование по­верхности зубьев.

Червяки и колеса червячных передач подвержены в процессе эксплуатации трению витков червяка о рабочую поверхность зубьев колеса, изгибу зубьев колеса.


Изготавливают, червяки - из конструкционной стали, колеса - из бронзы Бр.010Ф1 или Бр.А9Ж4, чугуна СЧ20 или СЧ25. Основные виды повреждений - пластическая деформация, излом зубьев колеса. Для повышения долговечности следует выпол­нить: коррегирование зуба колеса, закалку или цементацию рабочей поверхности витков червяка.

Валы и оси в процессе эксплуатации подвергаются изгибу, кручению, трению скольжения между цапфой и опорой. Изготавливают из сталей: 40, 45, 40Х, 45Х, 38ХГН, 37ХНЗА. Основные виды повреждений: усталостные поломки, изнашивание и задиры цапф. Для повышения долговечности уменьшают количество концентрато­ров, шлифуют цапфы, производят поверхностную закалку, наклеп галтелей.

Опоры скольжения подвергаются трению скольжения между опорой и цап­фой. Изготавливают из антифрикционных материалов, баббитов, чугунов, металло­керамики. Основные виды повреждений при эксплуатации: изнашивание, заедание, усталостное разрушение поверхностей трения. Для повышения долговечности улуч­шают условия жидкостного трения, повышают жесткость опор и точность изготов­ления.

В подшипниках качения имеет место трение тел качения о наружные и внут­ренние кольца. Тела качения и кольца изготавливают из сталей: ШХ15, ШХ9, ШХ15СГ, 9X18, 15Х, 18ХГТ, 20Х2Н4А; сепараторы  из низкоуглеродистой стали, бронзы, латуни. Основные виды повреждений при эксплуатации: излом колец, раз­рушение тел качения, изнашивание тел качения и колец, усталостное выкрашивание, заедание. Для повышения долговечности предлагается обеспечивать податливость корпуса в нагруженной части подшипника.

Применение клеев

Приклеивание тонких втулок на цапфы валов - один из способов восстановления изношенных цапф валов и подшипников. Подшипник растачивают до удаления следов износа, а на цапфу вала наклеивают тонкостенную втулку, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру подшипника. Цапфу вала протачивают так, чтобы толщина стенки втулки была не менее 2 мм. Затем внутреннюю поверхность втулки и наружную поверхность вала смазывают клеем. Втулку насаживают, не поворачивая, во избежание образования воздушных пузырьков

Приклеивание накладок на плоские направляющие. При эксплуатации деревооб­рабатывающих, металлорежущих станков наиболее сильно изнашиваются направляю­щие поверхности станин и других деталей, перемещающихся друг относительно друга. Трудоемкость ремонта направляющих может достигать 30-40 % трудоемкости ремонта станка. В настоящее время при ремонте плоских направляющих применяют эпоксидный клей.

Изношенные направляющие: 1) строгают или грубо пришабривают для обеспече­ния плотного прилегания накладок; 2) промывают и высушивают; 3) покрывают тонким слоем клея; 4) выдерживают; 5) устанавливают накладки и закрепляют их по краям штифтами. Штифты смазывают клеем и ставят в заранее подготовленные отверстия. 6) на накладки устанавливают груз. После приклеивания накладки обрабатывают. При по­вторном ремонте изношенные накладки отрывают, а поверхность направляющих очи­щают от остатков клея. Затем повторяют операции 1-6. Максимальная толщина накла­док - 6 мм. Материалом накладок может служить любой антифрикционный материал (чугун, бронза, текстолит).

Для склеивания деталей, наклеивания дополнительных элементов из различных материалов, восстановления и монтажа фланцевых и шпоночных соединении, восста­новления посадочных мест под втулки и кольца, устранения течей и неплотностей тру­бопроводов, емкостей, теплообменных аппаратов, корпусов насосов и т.д. применяют следующие клеи отечественного производства:

- К-153 (эпоксидно-тиоколовый), двухкомпонентный холодного отверждения;

-  ЭД-20 и ЭД-16 (клеи на основе эпоксидно-диановой смолы), трехкомпонентные, хо­лодного отверждения;

- ЭПК (эпоксидно-полиамидный),   двухкомпонентный, холодного отверждения;

- УП-5-230, УП-5-231 (эпоксидные), двухкомпонентные, холодного отверждения;

- "СПРУТ-9М" (полиуретановый), трехкомпонентный, холодного отверждения;

- "СПРУТ -МП" (полиэфирный), трехкомпонентный, холодного отверждения;

- "СТЫК-3-8" (полиуретановый), однокомпонентный, холодного отверждения;

- К-17 (карбомидо-формальдегидный), двухкомпонентный,

- 88НП (полихлоропреновый), однокомпонентный, холодного отверждения;

- "ЛЕЙКОНАТ" (изоциановый), однокомпонентный, горячего отверждения.

Из клеев иностранных производителей наибольшее распространение нашли клеи фирм DEVCON (США) и LOCTITE (США):

- Plastic steel  (содержит 80 % стального порошка, 20 % эпоксидной смолы и модифика­торов);

-          Plastic steel SF (эпоксидный состав со сверхбыстрым отверждением -3-5 минут);

-          DEVCON BR (содержит 80 % бронзовой пудры и 20 %"эпоксидной смолы и модифика­торов;

-          LOCTITE –S 415,LOCTITE – S 495,  LOCTITE – 638.

Применение пластмасс

Пластмассы в ремонтной практике наносят на поверхность деталей для восста­новления их размеров, повышения износостойкости и улучшения герметизации. Покры­тия из пластмасс снижают шум от трения и повышают коррозионную стойкость изделий. Пластмассы наносят следующими способами: а) литьем под давлением: б) горячим прессованием; в) вихревым способом, г) газопламенным способом; д) центробежным способом. Наибольшее распространение в отечественной ремонтной практике нашли акриловые пластмассы.

Акриловые, пластмассы содержат в качестве связующих материалов акриловые смолы - продукты полимеризации метил-метакрилата и сополимеризации метил-метакрилата со спиртом. К ним относят:       а) акрилат АТС -1; б) бутакрил; в) эпоксидно-акриловые пластмассы СХЭ - 2 и СХЭ - 3. Это - термопластические быстротвердеющие пластмассы холодного отверждения. Их получают путем смешивания порошка и жидко­сти. Масса имеет консистенцию сметаны и затвердевает без подогрева и давления. С помощью пластмасс восстанавливают: направляющие станин станков; регулировочные клинья и прижимные планки механизмов всех видов; резьбы гаек ходовых винтов.

Для устранения дефектов в сварных швах, микротрещин, восстановления нару­шенных неподвижных посадок, уплотнения резьбовых соединений и т.п. применяют анаэробные составы, отверждающиеся в зазоре между металлическими поверхностями при прекращении контакта с атмосферным кислородом: АНАТЕРМ 1У, УНИГЕРМ 6 -11.

Затвердевшая пластмасса износостойка, хорошо работает в паре с чугуном, ста­лью, бронзой, имеет малый коэффициент трения. Она стойка к щелочам, бензину, ски­пидару, пресной и морской воде, маслам.

Раствор пластмассы готовят непосредственно перед применением. Рекомендуют­ся следующие пропорции порошка и жидкости ( П : Ж ): 1 : 0,75; 1 : 1; 1 : 1,5; 1 : 2. С повышением доли жидкого компонента увеличивается время отверждения и усадка. Пластмассы наносят кистью или лопаткой.

При восстановлении подшипников скольжения, имеющих незначительный рав­номерный износ, изношенную поверхность просто смазывают пластмассой. Для восста­новления используют эпоксидную композицию следующего состава:

- эпоксидная смола ЭД-б - 100 мас. частей;

- порошок графита - 30;

- полиэтиленполиамин - 10

Роль термодиффузии при формировании переходной зоны

Распределение легирующих элементов при наплавке происходит в поле градиента температуры. Перемещение атомов под действием градиента температуры называется термодиффузией. В отличие от атомарной диффузии, перемещение атомов при которой происходит в поле градиента концентрации, термодиффузия вызывает их движение в противоположном направлении. После определенного периода времени наступает ста­ционарное состояние распределения вещества вдоль всей длины тела (поток атомов при этом равен нулю). В этом случае справедливо равенство:

dc/dx = - (CQ*/RT2)dT/dx ,

где dc/dx и dT/dx - градиент концентрации и градиент температуры, соответствен­но,

с - концентрация диффундирующего вещества, молярные доли;           

R  - универсальная газовая постоянная, кДж/моль град;      

Q* - теплота переноса при термодиффузии, кДж/моль;

Т – абсолютная температура, К.       

Рис.7

Пользуясь экспериментальными данными, рассчитывают величину теплоты переноса. По ее величине и знаку определяют направление и интенсивность перемещения атомов при осуществлении процесса наплавки или любого другого процесса связанного с гра­диентом температуры. При Q*>0 атомы вещества движутся в более холодную сторону; при  Q*< 0 - в более горячую. Так, например, при термодиффузии углерода и кремния в чугунных образцах Q*C= 0,028кДж/моль; Q*Si - 0,12бкДж/моль.

Себестоимость восстановления

В общем виде себестоимость восстановления деталей (СВ) на конкретном пред­приятии может быть рассчитана по формуле:

Св = СИЗ + ЗПЛ + сОБ + НЦ+ Н3 + СБР + См .

где Сиз и См - стоимость, соответственно, изношенной детали и материалов для ее  восстановления;   Зпл - заработная плата за осуществление восстановительных работ; сОБ - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования: Нц и Н3 - расхо­ды, соответственно, цеховые и заводские; Свр - потери от брака.

Стоимость изношенных деталей, как правило, равна стоимости металлолома того же веса. Однако если детали доставляются с другого предприятия, то их стоимость примерно на 20% выше за счет сбора, сортировки, хранения и транспортировки к месту проведения восстановительных работ.

Стоимость материалов складывается из стоимости отдельных компонентов:

См =S(Qi× Ці) ,

где Q1 и Ц1 - соответственно, количество и цена 1-го компонента.

Заработную плату определяют с учетом всего комплекса операций и системы оп­латы труда. В общем виде:

Зпл = (Т1С1/б0 + Т2С2/60 +......+Т6С6/60)КПКдКС ,

где Т1 .....Т6 - нормы времени на выполнение операций с 1 по VI разряды;

С1.....С6 - почасовые тарифные ставки с I по VI разряды;

Кп , Кд, КС - коэффициенты учитывающие, соответственно, премиальные допла­ты на отпуска, выполнение гос. обязанностей и т.п. отчисления.

В качестве примера можно привести следующие данные из практики судоремон­та. Стоимость восстановления головки поршня двигателя К6Z57/80F составляет 11,6% стоимости новой; стоимость восстановления гребного вала ледокола типа "Красин" со­ставляет 16,8% стоимости нового.

Технологии наплавки

При осуществлении того или иного процесса наплавки происходит оплавление поверхности металла - основы, расплавление присадочного материала, соединение их и кристаллизация образовавшейся смеси. Соотношение долей основного и присадочного металлов в наплавленном слое определяет его состав, микроструктуру и свойства. При восстановительной наплавке нелегированным металлом доля основного металла не ока­зывает существенного влияния на свойства наплавленного слоя. Напротив, при упроч­няющей наплавке легированным металлом увеличение доли основного металла приво­дит к ухудшению свойств наплавленного слоя.

Ручную электродуговую наплавку выполняют на постоянном и переменном токе штучными неплавящимися или плавящимися электродами. В качестве неплавяще­гося электрода чаще всего используют графитовые (угольные) стержни. На наплавляе­мую поверхность наносят слой наплавочной смеси или пасты соответствующего состава и расплавляют теплом дуги. Толщина наплавленного слоя -1-3 мм. Угольным электро­дом по слою смеси чаще всего наплавляют плоские поверхности. Более распространена наплавка плавящимися покрытыми электродами. Достоинства способа: простота и ма­невренность; недостатки: низкая производительность (1-3 кг/ч), тяжелые условия тру­да, снижение усталостной прочности наплавленных деталей.

Достоинствами механизированной наплавки являются: непрерывность процес­са, достигаемая в результате использования электродной проволоки или ленты в виде больших мотков; подвод тока к электроду на минимальном расстоянии от дуги, позво­ляющий применять токи большой силы без перегрева электрода.

Из всех способов механизированной наплавки наибольшее распространение по­лучила наплавка под флюсом. Схема этого способа показана на рис.8. Электродная проволока 1 непрерывно с постоянной скоростью подается в ду­говой промежуток. Подвод тока к про­волоке осуществляется в непосредст­венной близости от дуги при помощи втулки 2. В дуге 3 проволока плавится.
Капли металла, пройдя дуговой проме­жуток, смешиваются с расплавленным металлом изделия 4 и образуют сва­рочную ванночку 5. После кристалли­ зации получается наплавленный валик 6, покрытый шлаковой коркой 7 и не­расплавившимся флюсом 8. Избыток флюса ссыпается, а остывшая шлаковая корка удаляется. Формируется однород­ный наплавленный металл без пор и раковин. Производительность процесса одноэлектродной наплавки под слоем флюса неве­лика.

Рис.8

            Поэтому наряду с одноэлектродной наплавкой применяют и другие разновидности этого способа: наплавку электродной лентой, многоэлектродную и многодуговую наплавку, наплавку с поперечным колебанием электрода (рис.9,а,б,в,г)



Рис.9

При наплавке электродной лентой (рис.9,а) достигаются малая глубина проплавления основного металла и возможность наплавить за один проход валик шириной до 100 мм. При многоэлектродной наплавке (рис. 9,б) в зону дуги одновременно подаются несколь­ко электродов, подключенных к одному полюсу источника сварочного тока. Дуга перио­дически перемещается с одного электрода на другой; при этом образуется общая свароч­ная ванна, формируется широкий валик. При многодуговой наплавке (рис. 9, в) применя­ется несколько наплавочных аппаратов или один аппарат с изолированными друг от друга несколькими электродами, каждый электрод питается от отдельного источника тока.

При наплавке деталей малого диаметра, глубоких внутренних поверхностей и ряда высоколегированных сплавов затруднено удаление шлаковой корки. Этого недос­татка лишена механизированная наплавка открытой дугой и наплавка в защитных газах. При наплавке открытой дугой в качестве электрода используется порошковая проволока. Для защиты металла от кислорода и азота воздуха в ее сердечник вводят, кроме легирующих элементов, газо- и шлакообразующие компоненты и раскислители (при наплавке крупных деталей используют не порошковую проволоку, а ленту). Ино­гда используют голую легированную проволоку, содержащую в небольших количествах РЗМ



Наплавку в защитных газах чаще выполняют плавящимся электродом. В каче­ стве защитных газов используют углекислый газ, аргон, азот.

Вибродуговая наплавка.

 

Схема процесса показана на рис.10. Характерной особенностью способа является применение виб­рирующего плавящегося электрода. Электрод в  виде голой проволоки подается в дугу специаль­ным аппаратом, который обеспечивает вибрацию электрода вдоль его оси. В результате процесс со­стоит из циклов, в каждом из которых происхо­дят: 1) замыкание электрода с наплавляемой по­верхностью; 2) размыкание и образование дуги; 3) подача электрода к изделию до замыкания. Длительность циклов определяется частотой виб­рации электрода. Частота вибрации электродов обычно составляет 30 - 100 пер/с; амплитуда -0,75 - 1,0 диаметра электрода. Производитель­ность вибродуговой наплавки мала (0,5 - 3,0 кг/ч), поэтому восстанавливать этим способом крупные детали с большим износом не рекомендуется. На рис. 10: 1- кассета с электродной проволокой;2 – механизм подачи проволоки; 3 - электромагнит вибратора; 4 - вибрирующий рычаг; 5 - опорный узел; 6 - хоботок; 7 –изделие.



Рис.10

Электрошлаковая наплавка (ЭШН)

Схема процесса показана на рис. 11.



Рис.11

В пространстве, образованном наплавляемой поверхностью 6 и формирующим устройством 5, создается ванна расплавленного флюса-шлака 2, в которую не­прерывно подается металлический электрод 1. Ток, проходя между электродом и наплавляемым изделием, нагревает расплавленный шлак и поддерживает высо­кую температуру и электропроводность. Шлак расплав­ляет электрод и оплавляет поверхность изделия. Ниже шлаковой ванны образуется металлическая ванна 3, ко­торая, затвердевая, дает слой 4, прочно сплавленный с ме­таллом изделия. Процесс наплавки начинают на графи­товых, медных или стальных подкладках. Формирующее устройство в виде охлаждаемого водой медного ползуна медленно перемещается вверх с помощью специально­го механизма.



При электрошлаковой наплавке в качестве электродов используют проволоку, литые стержни и пластины, трубы, в качестве шлака - флюс АН-25. Благодаря примене­нию больших токов (несколько тысяч ампер) достигают очень высокой производитель­ности - до 150 кг наплавленного металла в час. ЭШН плоских поверхностей может про­изводиться при вертикальном, нижнем и наклонном положениях наплавляемой поверх­ности.

Для торцовой наплавки деталей сложной формы используется прием стыкошлаковой наплавки (рис.12).



Рис.12

Процесс начинается наведением шлаковой ванны на дне водоохлаждаемой формы. Электродом служит хвостовик детали 1 с приваренной пластиной или прутком из легированного металла 2, которые расплавляются в пер­вую очередь. В момент погружения хвостовика 1 в шлак происходит его разогрев, а затем он погружается в металли­ческую ванну. Таким образом успешно восстанавливают зу­бья экскаваторов, сверла и метчики большого диаметра и т.п.

Плазменную наплавку применяют в тех случаях, когда необходимо наплавить слой толщиной от 0,5 до 5,0 мм при строго регламентированной доле основного металла. Приме­няют несколько разновидностей плазменной наплавки. При­садочный материал нужного состава подают в плазменную дугу или выделенную плазменную струю в виде проволоки, ленты спрессованных металлокерамических колец, пластин, пасты или порошка. На рис.13 показана схема плазменной наплавки с токоведущей присадочной   проволокой.



Рис.13

Источни­ком тепла для расплавления присадочной проволоки является двухдуговой разряд. Одна дуга (маломощная) горит между вольфрамовым электродом 1 и соплом 2, вторая (основная) - между вольфрамовым элек­тродом и проволокой 4. Через сопло 3 подается за­щитный газ. Основной металл разогревается теплом перегретого расплавленного металла проволоки    и факелом плазменной струи.   По этой схеме   наплавляются: бронзы, латуни, нержавеющие стали и т.п.

На рис. 14 показана схема плазменно-порошковой наплавки.


Порошок нужного состава вдувают в дугу через специальные каналы в горелке. Во внутреннем   рабочем   сопле   2    формируется плазменная струя, по соплу 3 подается приса­дочный порошок, а по соплу 4 - защитный газ. Источник 5 служит для зажигания дуги между электродом 1 и соплом 2;  в плазменной  струе этой  дуги плавится порошок. Источник 6 фор­мирует плазменную  дугу прямого действия, ко­торая оплавляет поверхность изделия и является дополнительным источником тепла для плавле­ния присадочного порошка. Производительность указанных способов невелика (0,5-10 кг наплав­ленного металла в час). Более высокой производительностью (до 30 кг/час) обладает плазменная наплавка с подачей в ванну двух пла­вящихся электродов.



Рис.14

При индукционной наплавке в качестве источника нагрева используются токи высокой частоты. Нагрев осуществляется с помощью индуктора, присоединенного к машинному или ламповому генератору ТВЧ. Практическое применение нашли два спо­соба индукционной наплавки: 1) с использованием твердого присадочного материала, наносимого на наплавляемую поверхность в виде порошка, пасты или прессованных брикетов; 2) с использованием жидкого присадочного материала, расплавляемого в от­дельной индукционной печи и определенными порциями подающегося на разогретую поверхность наплавляемой детали.        Наплавку твердым присадочным материалом применяют для повышения износостойкости бил и молотков дробилок, лап культиваторов, лемехов плугов (рис.15). На рисунке. 1- де­таль, 2 - смесь порошков сплава и флюса, 3 - индуктор. В качестве присадочного материала используют порошок спла­ва сормайт 1, а также композиции сормайт - релит, сормайт - феррохром. Применяют также индукционную наплавку клапанов двигателей внутреннего сгорания. Присадочный материал в виде литых колец из сплава ВЗК или НХ15С2Р2 укладывают в предварительно проточенную канавку на тарелке клапана, а затем расплавляют с помощью специальных индукторов.



Рис.15



Наплавку жидким присадочным металлом в свою очередь подразделяют на: 1) наплавку заливкой жидкого присадочного сплава; 2) наплавку намораживанием. При наплавке заливкой жидкого металла толщина наплавляемого слоя должна быть более 5 мм, а соотношение массы наплавленного металла к массе металла - основы достигает 30 %. Преимущества этого метода: а) нет необходимости в изготовлении и применении сварочной проволоки, ленты и т.д.; б) возможность наплавки "ненаплавляемых" пар ме­таллов (чугун на чугун, чугун на сталь и др.). При наплавке заливкой жидкого присадочного сплава (рис. 16) наплавляемую деталь 1, поверх­ность которой покрыта слоем защитного флюса 2, нагревают с помощью индуктора 4 токами вы­сокой частоты и помещают в литейную форму 3; расплавленный металл заливают в простран­ство   между наплавляемой   поверхностью   и внутренней поверхностью формы. После за­твердевания расплав формирует наплавленный слой, имеющий надежное сцепление с металлом - основой.



Рис.16

Разновидностью описанного способа является  "дуплекс - заливка".   При ее осущест­влении по наплавляемой поверхности детали, помешенной в литейную форму, перепускают большое количество расплава. В результа­те этого поверхность разогревается. Последняя порция расплава кристаллизуется на ней и формирует наплавленный слой. Излишки жидкого металла сливают в стоящую рядом с первой литейную форму.

Наплавкой намораживанием (рис.17) компенсируют износы от 0,5 до 3 мм. При ее осуществлении наплавляемую деталь 1 нагревают в тигле с рас­плавленным шлаком 2, а затем быстро переносят в тигель с расплавленным присадоч­ным металлом 3 и выдерживают в течение 0,5 - 1,5 секунд. За это время на наплавляе­мой поверхности кристаллизуется ("намораживается") слой указанной толщины.



Рис.17

Для надежного сплавления присадочного металла с металлом - основой последний дол­жен быть нагрет до температуры, большей tн:

,

где tp , tм.о- температура расплава и металла - основы, соответственно; b2,  b1 -теплоаккумулирующие способности жидкого и твердого металлов, соответственно.

Восстановительная термообработка

В результате эксплуатации либо предварительной обработки в металле возникают микропоры, микротрещины, являющиеся первопричиной разрушения металла. При этом снижается плотность металла. Степень пораженности порами определяется как отно­шение уменьшения плотности к ее первоначальному значению:

Dr/r×100%.

Восстановительная термообработка (ВТО) частично или полностью устраняет указанные дефекты металла. Различают: 1) НВТО - низкотемпературную восстанови­тельную термообработку; 2) ВВТО - высокотемпературную восстановительную термо­обработку; 3) ВТСО - нагрев в сочетании с нагрузкой; 4) ВХТО - нагрев в сочетании с насыщением химическими элементами.

При ВТО происходят изменения трех видов: а) залечивается поврежденность, б) восстанавливается структура; в) изменяется напряженно - деформированное состоя­ние. Предложено несколько объяснений залечивания микронесплошностей: 1) вакансионный механизм рассасывания микронесплошностей; 2) выделение вторичных фаз.

Циклический характер термической обработки (ВЦТО) интенсифицирует как один, так и второй механизм.

Режимы ВТО сталей различных классов

1.  Сталь мартенситного класса ЭИ-756 (12 % С, 11 % Сг, 0,78% Мо,  0,17% V,  0,5-0,8 % Мп,  2 % W). ВВТО и ВЦТО по режиму: температура - 1050 °С, общее время - 150 мин, время цикла - 15 мин, охлаждение на воздухе. При Dr/r начальном - 2,13 % после ВВТО Dr/r конечное - 1,26 %; после ВЦТО Dr/r конечное - 0,72 %.

2.  Сталь перлитного класса 12Х1МФ (0,13 % С, 1 % Сг, 0,35 % Мо, 0,2 % V, 0,5 % Мп). ВВТО и ВЦТО по режиму: температура - 1000 °С, общее время 150 минут, время цикла -15 минут, охлаждение на воздухе. При Dr/r начальном - 1 % после ВВТО Dr/r конечное - 0,8 %; после ВЦТО Dr/rконечное – 0,4 %.

3.  Сталь аустенитного класса 12Х18Н12Т (0,12 % С, 17-19 % Сг, 1-2 % Мп, 11-13 % Ni). ВВТО и ВЦТО по режиму: температура - 1050 °С, общее время 150 минут, время цикла -15 минут, охлаждение на воздухе. При Dr/r начальном - 2,1 % после ВВТО Dr/r конеч­ное - 1,6 %; после ВЦТО Dr/r конечное -     0,8 %.

 

Восстановление

В зависимости от масштабов производства применяют технологии:

а) подефектную;

б) групповую;

в) маршрутно-групповую;

г) маршрутную.

Подефектная технология предполагает устранение каждого дефекта в отдельности. Комплектование деталей в партии производится только по наименованиям. Групповая технология предполагает комплектование деталей по конструктивным и технологическим особенностям. Групповая технология базируется на следующих прин­ципах:

- общность геометрических форм деталей;

- общность материала, точности обработки, термической обработки;

- наличию однотипных дефектов;

- возможность применения однотипных способов восстановления.

Маршрутная технология предусматривает восстановление одноименных деталей пар­тиями, скомплектованными по наличию общих сочетаний дефектов. Применяется на крупных предприятиях с узкой номенклатурой и большой программой. Маршрутно - групповая технология предусматривает восстановление деталей широкой номенклатуры. При этом детали запускаются партиями.

При восстановлении сопряжений применяют следующие технологии. Восстановление под индивидуальный размер. Более ценную деталь обрабатывают до выведения следов износа. Более простую и дешевую, работающую с ней в паре, изготав­ливают заново либо наращивают и подгоняют под первую.

Восстановление под ремонтный размер. Эта технология наиболее прогрессивная и рас­пространенная. Более дорогую деталь обрабатывают до определенного (ремонтного) размера. Сопрягаемую деталь изготавливают под этот же (ремонтный) размер. Детали можно изготавливать на разных предприятиях, указывая на чертеже ремонтные размеры. Постановка дополнительных элементов. Изношенные или поврежденные части деталей удаляют, а на их место устанавливают новые; деталь обрабатывают под номинальный размер.

Восстановление деталей наплавкой взрывом

Процесс заключается в следующем. На жесткое основание устанавливают изделие. Над ним располагают пластину присадочного металла, поверх которой укладывают заряд гранулированного взрывчатого вещества. После взрыва детонатора взрывается основной заряд и возникает плоская детонационная волна. Взрыв вызывает соударение пластины присадочного металла с поверхностью изделия и на поверхности контакта возникает давление в десятки тысяч Паскалей. Металл течет, деформируясь пластически. Оксидные пленки дробятся. Перемешивание основного и присадочного металлов отсутствует; тем не менее, образуется металлическая связь дислокационного характера, так как при взрыве протекает совместное пластическое деформирование основного и присадочного металлов.

Наплавку осуществляют на открытых полигонах, в специальных производственных помещениях, вакуумных камерах и др.

Улучшение конечных показателей народного хозяйства

Улучшение конечных показателей народного хозяйства в последнее время прихо­дится достигать без увеличения прироста материальных и трудовых ресурсов. Поэтому ресурсосбережение является важнейшим источником удовлетворения возрастающих потребностей народного хозяйства в сырье, топливе. Вовлечение в оборот вторичных ресурсов называется ресурсосбережением.
Ресурсосбережение предусматривает два пути:
- восстановление изношенных деталей:
      - повторное использование материалов и отходов производства.
 Долговечность значительной части машин и механизмов находится на уровне, не соответствующем настоящему уровню науки и техники. При этом машины и механизмы зачастую выходят из строя из-за поломки отдельных деталей. Для восстановления их работоспособности необходимо большое количество запасных частей. Например, на предприятиях угольного машиностроения от 30 до 50 % мощностей используется для выпуска запасных частей, на предприятиях сельскохозяйственного машиностроения рас­ход металла при производстве запасных частей в два раза превышает расход металла на изготовление новых машин, а их стоимость примерно в 15 раз превышает стоимость вновь выпускаемых машин.
Ежегодно в различных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве изымается из эксплуатации большое количество металла, пластмасс, древесины и т.д. из-за физического, морального износа машин, механизмов. При соответствующей переработке они могут быть повторно использованы.
Ресурсосбережение также связано с понятием безотходного производства. Безотходное производство подразумевает использование как продукции выпускаемой тем или иным предприятием, так и отходов, образующихся на различных стадиях производства. Например, основная продукция МК им. Ильича - металлопрокат и изделия из него, продукция из отходов - материал для отсыпки дорог и изготовления стройматериалов, получаемый из металлургического шлака, товарный графит, получаемый из железографитовой пыли.
Изучаемый курс называется «Восстановление деталей и повторное использование материалов».
Задачи изучения курса:
1) изучить причины выхода из строя различных деталей,
2) научиться устанавливать экономическую и техническую целесообразность проведе­ния восстановительных работ и повторного использования материалов,
3) научиться правильно выбирать технологию восстановления деталей и переработки материалов,
4) освоить  методики определения экономической и технической эффективности про­веденных операций.

Защитные газы

Для защиты расплавленного металла и дуги при наплавке получили определенное распространение инертные (аргон и гелий) и активные (углекислый газ, кислород, во­дород) газы. Из них наиболее широко применяют аргон и углекислый газ.

Аргон надежно защищает сварочную зону от соприкосновения с воздухом и не вступает во взаимодействие с расплавленным металлом. Его применяют при наплавке неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами, при плазменной наплавке и напылении. Наплавка в чистом аргоне по существу представляет собой простую пере­плавку основного и электродного металлов.

Углекислый газ является активным газом. В дуге он частично распадается на ок­сид углерода и кислород. Поэтому в процессе наплавки происходит интенсивное окис­ление некоторых примесей, однако обеспечивается надежная защита металла от азота воздуха. Используют углекислый газ при наплавке плавящимся электродом.

В последние годы все более широкое распространение получают смеси инертных и активных газов. Их применение позволяет повысить устойчивость дуги, улучшить формирование шва, уменьшить разбрызгивание и химическое воздействие на металл сварочной ванны (по сравнению с активными газами), повысить плотность наплавлен­ного металла и увеличить производительность процесса.

---

---