Разработка технологического процесса упрочнения втулки переходной путем напыления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение

Техническое задание и исходные данные для разработки  проекта

Выбор напыляемого материала

Выбор способа напыления

Разработка технологии напыления

     4.1 Подготовка поверхности детали к напылению;

     4.2 Подготовка напыляемого материала;

     4.3 Нанесение подслоя;

     4.4 Технология напыления;

     4.5 Чистовая обработка;

     4.6 Термическая обработка детали после нанесения покрытия.

Выбор оборудования для напыления

Техника безопасности при проведении газопламенного напыления

Список использованных источников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Повышение надежности и долговечности машин и полное удовлетворение потребности в запасных частях можно в значительной степени решить путем централизованного восстановления и упрочнения деталей. Появляется возможность наиболее эффективно использовать вторичные сырьевые ресурсы путем направленного формирования заданных свойств рабочих поверхностей деталей на базе прогрессивных методов металлопокрытий, которые могут поднять работоспособность деталей до уровня новых и выше при незначительных затратах труда, материалов и средств. Себестоимость восстановления для большинства восстановленных деталей не превышает 75% от стоимости новых, а расход материалов в 15-20 раз ниже, чем на изготовление новой детали.

Одним из методов восстановления является напыление, образование на поверхности изделия покрытия из нагретых до плавления или близкого к нему состояния частиц распыляемого материала с использованием теплоты сжигания горючей смеси или теплоты дугового разряда в газовых средах. Используется для повышения износостойкости, коррозионной стойкости, жаропрочности или для восстановления изношенных деталей. В качестве напыляемого материала используют металлы, сплавы, соединения металлов и другие материалы¹.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Техническое задание и исходные данные для разработки  проекта

Задание: разработать технологический процесс упрочнения втулки переходной, путем напыления.

Деталь: втулка переходная, изготовлена из материала 40 Л.

Деталь служит в качестве опоры для закрепления различных видов матриц на гидравлических горизонтальных прессах при прессовании легких сплавов.

Сталь 40Л²

Марка	40Л
Классификация	Сталь для отливок обыкновенная
применение	станины, корпусы, муфты, тормозные диски, кожухи, вилки, звездочки и другие детали, работающие при температурах до 400° С

 

Химический состав в % материала 40Л

 

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr
0.37 - 0.45	0.2 - 0.52	0.4 - 0.9	до 0.3	до 0.045	до 0.04	до 0.3

 

Температура критических точек материала 40Л

Ac₁ = 726, Ac₃(Ac_m) = 790, Ar₃(Arc_m) = 728, Ar₁ = 689

Технологические свойства материала 40Л

Свариваемость	ограниченно свариваемая.
Обрабатываемость резанием	В термообработанном состоянии при НВ 200 Ku тв.спл. = 1,1, Ku б.ст. = 1,0.
Склонность к отпускной способности	не склонна
Флокеночувствительность	не чувствительна

 

Литейные свойства материала 40Л

Линейная усадка, %	1480-1490
Показатель трещиноустойчивости, Кт.у.	2.2-2.3
Жидкотекучесть, Кж.т.	0.8
Склонность к образованию усадочной раковины, Ку.р.	1.0
Склонность к образованию усадочной пористости, Ку.п.	1.2

 

2 Выбор напыляемого материала

Благодаря совершенствованию технологии и модернизации оборудования напыление доведено до высокого технического уровня. В качестве напыляемого материала можно использовать практически все материалы, существующие в твердом виде, которые в процессе напыления не испаряются и не изменяют значительно своих свойств. В момент столкновения расплавленных частиц с поверхностью основного материала происходит их сцепление с подложкой  и быстрое охлаждение, которое сопровождается неравномерной усадкой осаждаемого материала покрытия и возникновением в нем структурных напряжений, что затрудняет образование плотного слоя без его растрескивания и разрушения³.

Напыляемые материалы применяют в виде проволоки, прутков и порошка. Проволоку и прутки используют при газовом, дуговом и электроимпульсном напылении, а порошки - при плазменном, детонационном и газопламенном напылении.

Исходя из условий работы нам необходимо повысить износостойкость и коррозионную стойкость,  учитывая экономическую целесообразность, всем  этим параметрам отвечает коррозионно-стойкая сталь. Которую, можно наплавлять в виде проволоки и порошка.

Напыляемый материал: Сталь 40Х13  ГОСТ 18143-72⁴.

Марка	40Х13
Заменитель	30Х13
Классификация	Сталь жаропрочная высоколегированная
Применение	Пружины для работы при температурах до 400-450° С. Рессоры, шариковые подшипники, режущий и мерительный инструмент.

 

 

 

 

Химический состав в % материала 40Х13

 

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr
0.35 - 0.44	до 0.6	до 0.6	до 0.6	до 0.025	до 0.03	12 - 14

 

Температура критических точек материала 40Х13

Ac ₁ =800, Ar ₁ =780, A_c3=860-880 °С

Технологические свойства материала 40Х13

Свариваемость: не применяется для сварных конструкций.

Стали 30Х13 и 40Х13 хорошо подвергаются горячей пластической деформации, которую проводят в интервале 1100-850 °С. Стали склонны к образованию трещин при быстрых скоростях нагрева и охлаждения. В связи с этим при нагреве под горячую деформацию применяют медленный подогрев до 830 °С, а после деформации - замедленное охлаждение в стопе, песке или в печи. Холодная пластическая деформация сталей ограничена, особенно стали 40Х13. В качестве смягчающей термической обработки после горячей деформации применяют промежуточный отжиг при 740-800 °С или полный отжиг при 810880 °С с последующим медленным охлаждением 25-50 °С/ч до 600 °С. После холодной пластической деформации - отжиг при 750 °С.

Окончательной термической обработкой является закалка с 950-1050 °С с охлаждением в масле или на воздухе и отпуск на заданную твердость и коррозионную стойкость. Для сталей, применяемых для изготовления хирургических инструментов, рекомендуется ступенчатая закалка с 1020-1040 °С с последующим охлаждением, в щелочи при 350 °С с целью уменьшения коробления и повышения упругих свойств.

Структура сплава 40Х13

 

    В закаленном состоянии микроструктура состоит из мартенсита и карбидов и незначительного количества остаточного аустенита⁵. При нагреве выше температуры A_c3 структура состоит из аустенита и карбидов хрома типа М₂₃С₆. Начиная с температуры закалки 1050 °С и выше твердость стали (30Х13) не возрастает и даже имеет тенденцию к снижению, что свидетельствует об увеличении количества остаточного аустенита.  
    Отпуск закаленной стали обеих марок приводит к распаду мартенсита на ферритно-карбидную смесь и к снижению твердости. Однако в интервале температур отпуска 450-550 °С наблюдается эффект вторичной твердости, связанный с выделением дисперсных карбидов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Выбор способа напыления

Напыление представляет собой процесс нанесения покрытия на поверхность детали с помощью высокотемпературной скоростной струи, содержащей частицы порошка или капли расплавленного материала, осаждающиеся на основном металле при ударном столкновении с его поверхностью⁶.

По типу источника тепловой энергии, которая используется для расплавления напыляемого материала, напыление подразделяют на газопламенное и электрическое. При газопламенном напылении нагрев напыляемого материала осуществляют теплотой сгорания смеси горючего газа с кислородом, а при электрическом - теплотой электрической дуги.

Исходя из экономической целесообразности и выбора напыляемого материала, оптимальным будет газопламенный способ напыления.

При газопламенном напылении металлический порошок подается в ацетилено-кислородное пламя, в котором он расплавляется и, увлекаемый потоком газов, наносится на поверхность детали.

К преимуществам газопламенного напыления следует отнести небольшое окисление металла, мелкий его распыл, достаточно высокую прочность сцепления покрытия с подложкой, простоту применяемой аппаратуры. Недостатком процесса является сравнительно невысокая производительность.

Металлический либо полимерный порошковый, проволочный либо шнуровой материал подается в пламя ацетилен-кислородной либо пропан-кислородной горелки, расплавляется и переносится сжатым воздухом на поверхность изделия, где, остывая, формирует покрытие. Метод прост в освоении и применении, может применяться как в ручном, так и в автоматизированном режиме.

С помощью газопламенного напыления наносят износостойкие и коррозионно-стойкие покрытия из железных, никелевых, медных, алюминиевых, цинковых сплавов, баббитовые покрытия подшипников скольжения, электропроводные покрытия, электроизоляционные покрытия, декоративные покрытия⁷. Широко применяется для восстановления геометрии деталей насосно-компрессорного оборудования, крышек и валов электродвигателей, нестандартного оборудования.

Покрытия, полученные газопламенным напылением, отличаются пористостью в 2-10 %, могут обрабатываться резанием либо шлифованием.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Разработка технологии напыления

Процесс напыления необходимо осуществлять на режимах, оптимальных для выбранного способа и типа оборудования. Оптимальный режим напыления зависит от многих факторов: характеристик источника нагрева (род рабочего газа, его расход, потребляемая мощность); химического состава, теплофизических свойств, формы, грануляции или диаметра (в случае проволочного и пруткового) напыляемого материала; состава металла основы; размера и формы изделия, состояния его поверхности под напыление, температуры подложки; угла и дистанции напыления и др⁸. В практике напыления следует руководствоваться приведенными ниже общими рекомендациями, касающимися различных сторон процесса напыления.

Напыление, как процесс ударного осаждения нагретых до оплавления частиц на поверхности основного металла, включает следующие операции: 

предварительная обработка поверхности основного металла для обеспечения, хорошей адгезии частиц напыляемого материала;

подготовка материала;

нанесение подслоя;

напыление;

последующая обработка покрытия, осуществляемая по необходимости, включающая термообработку и уплотнительную обработку термическим или иным способом;

чистовая отделка поверхности покрытия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 Подготовка поверхности детали к напылению

Предварительная обработка поверхности основы относится к числу важнейших факторов, определяющих прочность сцепления напыленного покрытия с основным металлом. Адгезия покрытия возникает под действием ряда механизмов, из которых определяющее значение для многих покрытий имеет механическое сцепление напыляемого материала с поверхностью основы. Следовательно, для того чтобы напыляемые частицы, которые ударяются и деформируются об основу, прочно сцеплялись с неровностями поверхности, основа должна быть достаточно шероховатой. В тех случаях, когда адгезия покрытия существенно зависит от сплавления напыляемого материала с материалом основы или от образования химических соединений в переходной зоне, предварительная обработка изделия должна включать очистку поверхности. Предварительная обработка поверхности изделия для придания ей шероховатости - важная мера увеличения площади поверхности основы и создания большей активности основы.