5.3. Повышение твердости и износостойкости деталей с помощью железнения

Наиболее широкое применение железные покрытия получили для восстановления размеров изношенных деталей машин, автомобилей, тракторов, двигателей внутреннего сгорания судового типа и повышения сопротивления их механическому износу Такие покрытия характеризуются сравнительно высокой твердостью и дешевизной. Для повышения поверхностной твердости и износостойкости эти детали могут быть подвергнуты Дополнительной обработке: цементации с последующей закалкой и отпуском.

Электролитическое железнение применяется также в полиграфической промышленности для повышения тиражеспособности клише, печатных досок и стереотипов. Важной областью применения железнения является покрытие пластинок твердого сплава перед соединением их напайкой с телом инструмента. При этом железный слой предохраняет пластинку твердого сплава от окисления в процессе нагрева ее под напайку, увеличивает прочность сцепления и является амортизатором, гасящим напряжения, возникающие в твердом сплаве, при остывании после пайки.

Для железнения применяют сернокислые, хлористые и смешанные электролиты, однако наиболее существенным фактором, влияющим на качество осадков, является температура. Поэтому электролиты подразделяют на холодные и горячие. Холодные электролиты дают осадки железа повышенной твердости и хрупкости, а горячие — осадки мягкого и пластичного железа, близкого по своим механическим свойствам к меди.

Повышенная хрупкость железа, полученного из холодных электролитов, объясняется способностью железа поглощать водород. В железе, осажденном при комнатной температуре, содержание водорода достигает почти 0,1 %, в то время как в покрытии из горячего электролита содержится 0,002 % водорода.

Весьма пластичные осадки железа получаются из электролита следующих состава (г/л) и режима работы:

Хлористое железо (кристаллогидрат).........350 – 500

Хлористый натрий............................................80 - 100

Соляная кислота................................................0,5 - 2

Температура, °С..................................................90 - 95

Катодная плотность тока, А/дм^{2........................}10 - 20

Выход по току, %..........................................90 - 98

При введении в этот электролит некоторых органических веществ можно получать электролитическое железо с повышен­ным содержанием углерода. Так, железное покрытие с содержанием углерода до 0,8 % можно получить из электролита приведенного состава с добавкой 60—70 г/л глицерина и 30—40 г/л сахара. Железные покрытия из этих электролитов принимают закалку, поэтому такой процесс называют осталиванием. В качестве анодов при железнении используют пластины из малоуглеродистой стали с содержанием углерода до 0,1 %. Растворение анодов сопровождается образованием нерастворимого шлама, состоящего из углерода, серы и других примесей, поэтому аноды необходимо помещать в диафрагмы из пористой керамики или в чехлы из кислотостойкой ткани (стеклянная ткань).

Основные неполадки при эксплуатации хлористого электролита железнения сводятся к следующему. Покрытие имеет грубую шероховатую поверхность; при значительных толщинах образуются дендриты; цвет электролита от прозрачного зеленого становится мутным и серым. Причинами этого могут быть завышенная плотность тока, попадание анодного шлама в электролит и накопление ионов трехвалентного железа свыше 5 г/л. Для устранения этих нежелательных явлений необходимо снизить плотность тока, отфильтровать электролит и проработать его до прозрачного зеленого цвета.

В качестве примера железнения деталей рассмотрим технологический процесс восстановления деталей машин. Процесс подготовки изношенных деталей машин состоит из следующих основных операций: 1) отжига при температуре 600—650 °С в течение 1,5—2 ч (только для цементированных или закаленных деталей); 2) механической обработки; 3) удаления жировых загрязнений путем промывки поверхности органическим растворителем; 4) изоляции поверхности деталей, не подлежащих железнению; 5) монтажа подвесочного приспособления; 6) зачистки поверхности деталей наждачным полотном; 7) обезжиривания поверхности детали в щелочи; 8) активирования.

Железнение производят в хлористых электролитах. Для достижения лучшего сцепления процесс осаждения рекомендуется начинать при низких плотностях тока (около 5 А/дм²), а затем постепенно повышая до установленного значения. Толщина слоя покрытия определяется величиной износа детали и обычно не превышает 2 мм с учетом припуска на последующую механическую обработку. После электролиза производится промывка в горячей воде, демонтаж подвесочного приспособления, удаление изоляции, промывка в холодной воде и обработка деталей в 10 %-ном растворе Na₂CO₃ (для нейтрализации остатков электролита). Затем детали вновь промываются водой и сушатся. Дальнейшая обработка покрытия заключается в точении или шлифовании деталей до номинального размера.

Детали, подвергающиеся трению, рекомендуется термически обработать перед механической обработкой (при температуре 250—300 °С в течение 1—2 ч), при этом повышается твердость и уменьшается хрупкость осадков железа.