- •С.Ю. Жачкин восстановление деталей машин композитным хромовым покрытием
- •Воронеж 2009
- •Введение
- •1.2. Характеристики электролитов, используемых при восстановлении деталей хромированием
- •1.3. Способы, применяемые для интенсификации процесса восстановления с одновременным повышением качества покрытий
- •1.3.1. Стандартные комбинированные покрытия
- •1.3.2. Покрытия, получаемые с одновременным механическим воздействием на деталь
- •1.4. Область применения восстановления хромированием
- •2.Теоретические вопросы восстановления гальваническим хромом по методу гко
- •2.1. Теория осаждения гальванического хрома
- •2.2. Теоретические предпосылки разработки метода гко
- •2.3. Особенности моделирования механического контакта при восстановлении методом гальвано контактной обработки
- •2.4. Методы корректировки механических параметров при гальваноконтактном восстановлении
- •3. Расчет режимов технологического процесса восстановления деталей гальвано контактным методом.
- •3.1. Расчет электрических и химических параметров
- •3.2. Расчет механических параметров обработки
- •3.3. Приготовление и корректировка рабочих сред
- •3.4. Расход рабочей среды
- •3.4.1. Пути уменьшения уноса электролита
- •4. Оборудование для применения метода
- •4.1. Ванны
- •4.2. Источники питания
- •4.3. Схемы электрических соединений
- •4.4. Регулирующая аппаратура
- •4.5. Оборудование для очистки электролита
- •4.6. Вентиляция
- •4.7. Специальное оборудование
- •5. Исследование физико-механических свойств получаемых покрытий
- •5.1. Исследование влияния режимов гко на наводороживание основного металла
- •5.2. Исследование влияния режимов гко на микротвердость покрытий
- •5.3. Исследование влияния основных показателей гко на остаточные напряжения в покрытии
- •5.4 Экспериментальные исследования остаточных напряжений в покрытии при восстановлении деталей методом гко
- •6. Влияние технологии восстановления на эксплуатационные характеристики деталей
- •6.1. Методика исследований
- •6.2. Исследование коррозионной стойкости покрытия
- •6.3. Исследование износостойкости покрытий
- •6.4. Исследование отражательной способности
- •6.5. Исследование герметичности покрытий
- •7. Опыт использования результатов в производстве
- •7.1. Особенности восстановления различных типов поверхностей
- •7.2 Типовые детали, восстанавливаемые методом гко
- •7.2.1. Восстановление штоков амортизаторов шасси
- •7.2.2. Восстановление штоков гидропневморегулирующей
- •7.2.3. Восстановление силовых гидравлических штоков
- •7.2.4. Восстановление штамповой оснастки
- •7.3. Технологические показатели процесса восстановления методом гко
- •7.4. Типовой технологический процесс восстановления деталей методом гко
- •7.5. Организация гальванического восстановительного участка
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
6. Влияние технологии восстановления на эксплуатационные характеристики деталей
6.1. Методика исследований
Акцент в работе сделан на восстановление деталей хромированием без предварительной и последующей механической обработки с получением герметичных и пористых покрытий.
Образцы для исследований изготавливались из стали 30 ХГСА ТУ 14-1-950-74. Наружный диаметр образцов составлял 45 мм, длина 60 – 80 мм. Образцы подвергались предварительной обработке, имитирующей износ деталей в процессе эксплуатации. Все образцы, подвергаемые восстановлению методом ГКО, имели разной величины пространственные отклонения формы поверхности, такие как конусность, эллипсность, овальность и т.д.
Восстановительные покрытия осаждались в стандартном электролите хромирования, содержащем 200 – 250 г/л CrO3 и 2,0 – 2,5 г/л H2SO4, т.к. он наиболее широко применяется в ремонтном производстве.
Для проведения экспериментальных исследований электролит готовился на дистиллированной воде. Плотность электролита измерялась ареометром, кислотность метромиливольтметром модели рН – 121.
Температура электролита поддерживалась с точностью 1К при помощи термометра ТПП – 11 ГОСТ 13717 – 74 и контролировалась термометром ТН – 5 ГОСТ 400 – 80 с ценой деления шкалы 0,2 К.
6.2. Исследование коррозионной стойкости покрытия
Литературные данные свидетельствуют о том, что основной причиной коррозии металлов под гальваническими покрытиями является наличие глубоких пор в осадке, доходящим до основного металла. [73; 90] В связи с этим исследования проводились на образцах, восстановленных по разным технологиям. Серия1 – образцы, восстановленные по стандартной технологии. Серия2 – образцы, восстановленные по технологии ГМО на режимах, обеспечивающих получение беспористых хромовых покрытий [22; 24; 26; 85]. Серия3 – образцы, восстановленные по технологии ГКО на режимах, обеспечивающих получение беспористых хромовых покрытий. Толщина покрытий в обеих сериях составляла 250 мкм. Результаты экспериментов представлены в таблице 6.1.
Таблица 6.1
Сравнительные испытания коррозионной стойкости
№ серии |
Результат испытаний |
Серия 1
Серия 2
Серия 3 |
Следы коррозии на основном металле проявились через 16 дней после начала испытаний. Коррозия не обнаружена через 118 дней испытаний Коррозия не обнаружена через 118 дней испытаний |
Подводя итоги проведенных экспериментов, которые полностью подтверждают теорию о первостепенности влияния пористости покрытия на его коррозионную стойкость, описанную в работах [66; 68; 73; 85; 88; 104; 112], можно утверждать, что метод ГКО, рекомендованный для восстановления деталей гальваническими покрытиями не уступает новейшим достижениям технологии в этой области.
6.3. Исследование износостойкости покрытий
Износ — это нежелательное изменение поверхности предмета вследствие отрыва от нее мельчайших частиц. Отрыв частиц может произойти по причинам чисто механического порядка, но часто, в особенности на металлических парах, одновременно с механическими нагрузками наблюдаются также и химические реакции между трущимися парами или с окружающей средой.
Мерой износа обычно является убыль материала в результате испытания (истирание), определяемая взвешиванием. Такие испытания называют испытаниями на истирание. Иногда износ характеризуют изменением состояния поверхности, которое может быть определено с помощью специального прибора. В некоторых случаях пользуются другими измерителями (например, продолжительностью испытания или количеством шлифовального материала, необходимого для достижения определенного состояния поверхности). Эти измерители представляют собой, конечно, не абсолютную меру износа образца, а только сравнительные величины.
В большей степени, для испытания на истирание может быть рекомендован прибор, основным элементом которого является латунный барабан с натянутым на него наждачным полотном для испытания твердых покрытий. Вместо наждачного полотна иногда можно применять бумагу (чертежную), которая обладает высокими абразивными свойствами. Образец закрепляется в патроне рычага, который лежит на барабане под нагрузкой. Через каждые 50 или 100 оборотов образец приподнимают и охлаждают. Установка снабжена устройством, обеспечивающим возвратно-поступательное движение образца. Трущаяся пара представляет собой стальной или латунный диск диаметром около 40 мм с нанесенным на него покрытием, который перемещается по неподвижной плоскопараллельной пластине. Пластина в случае необходимости изготавливается из соответствующего материала. В наших исследованиях имитировалась износостойкость с бронзовой поверхностью. В качестве нагрузки на образец используется съемная гиря. Одновременно истирается несколько образцов. Мерой износоустойчивости покрытия является толщина удаленного покрытия в единицу времени, выражаемая обычно в мкм/мин.
Большинство трущихся деталей гидропневмоаппаратуры работает в условиях высоких удельных нагрузок, малых скоростей скольжения и низких температур поверхностей трения.
В этих случаях отсутствуют какие-либо структурные изменения, перенос материала с одной поверхности на другую. Износ обусловлен в основном, абразивным воздействием частиц в случае не хромированной стали. В случае применения одной из сопрягаемых деталей с хромовым покрытием износ наблюдается в основном на детали с меньшей твердостью. На детали с хромовым покрытием отсутствуют риски от абразивных частиц и следы от задиров, а износ деталей невелик.
Для испытаний на износоустойчивость были взяты образцы, восстановленные по стандартной технологии гальваническим хромированием (серия1), по технологии ГМО (серия2) и по технологии ГКО (серия3). Характеристики восстановленных образцов и покрытий приведены в табл. 6.2.
Таблица 6.2
Характеристики восстановленных образцов
№ серии |
Шероховатость Ra, мкм |
Микротвердость HV, МПа |
Толщина покрытия, мкм |
Наличие сетки трещин в покрытии |
Серия1 |
0,1 – 0,16 |
9800 - 10500 |
200 - 250 |
присутствует |
Серия2 |
0,04 – 0,05 |
9800 - 10200 |
200 - 250 |
отсутствует |
Серия3 |
0,04 – 0,06 |
10420 - 11500 |
200 - 250 |
отсутствует |
В каждой серки обрабатывались 4 штока. В результате сравнительных испытаний натурной типовой конструкции узла трения выяснилось, что при базе погружения N = 3,6 104 колебаний вид зависимостей и величина коэффициентов трения для различных нагрузок совпадают.
Механизм изнашивания был изучен в работах [77; 85]. Цикл механизма изнашивания повторяется многократно. Интенсивность изнашивания исследуемых пар при разных удельных нагрузках на базе N = 1 106 колебаний представлена в таблице 6.3.
Для возможности проведения сравнительного анализа износостойкости покрытий, полученных по разным технологиям, исследования были проведены на режимах проверки износостойкости, опубликованных в [77].
Из анализа данных, приведенных в табл. 6.3.следует, что с увеличением удельных нагрузок интенсивность изнашивания увеличивается. Видно, что при повышенных значениях удельных нагрузок (Р Ркр ) интенсивность изнашивания исследуемой пары трения несколько ниже, чем серийной пары трения и пары, с покрытием по методу ГМХ, а при пониженных значениях удельных нагрузок наблюдается обратное явление. Однако, несмотря на неизменную качественную динамику процесса, подробно изученную в [77; 85] количественная характеристика процесса несколько изменилась в сторону увеличения износостойкости по сравнению с методом гальвано механического осаждения. Объясняется это видимо особой структурой получаемого покрытия.
Таблица 6.3
Сравнительные испытания на износостойкость
Нагрузка на узел трения, МПа |
Интенсивность износа, мкм/мин |
||
Стандартный узел трения |
Узел трения по технологии гальваномеханического хромирования |
Узел трения по технологии гальваноконтактного хромирования |
|
18,8
42,3 |
0,00143-0,00237
0,00720-0,04350 |
0,00405-0,00453
0,01370-0,01590 |
0,00401- 0,00417
0,01120-0,00926 |
Уточнен механизм износостойкости хромированных сталей, восстановленных стандартным гальваническим методом, методом гальвано механического хромирования (ГХМ) и методом нанесения хрома гальвано контактным осаждением (ГКО), работающих в паре с бронзами в тяжело нагруженных узлах трения: вид износа и несущая способность изделий совпадают с аналогичными серийными парами. При этом с увеличением удельных нагрузок в обоих случаях интенсивность изнашивания увеличивается, однако в случае ГКО в меньшей степени.