Специальные методы восстановления деталей

На интенсивность износа седел клапанов влияет также состав всасываемой в цилиндры смеси. Если ввели смесь слишком бедную, то сгорание происходит при более высокой температуре и коррозионное действие отработавших газов оказывается сильнее. Когда смесь слишком богата, сгорание идет медленнее и при более низкой температуре. Несгоревшие тяжелые фракции топлива ускоряют осаждение слоя нагара, коррозионно-агрессивного к материалу клапана. Поэтому к клапанам предъявляются очень жесткие технические и качественные требования.

Износы деталей машин  определяются условиями работы и  характеризуются значением удельного давления, возникновением циклических нагрузок, режимов смазки, и степенью ее стабильности, скоростью перемещения поверхностей трения, температурным режимом работы детали, окружающей средой и степени ее агрессивности, характером напряженного состояния поверхностей трения и т.д.

Износ – результат изнашивания, проявляющийся в виде изменения размеров и других параметров детали.

В зависимости от условий  работы клапана ДВС можно отнести  к двум следующим видам износа:

1. Химико-механическое изнашивание. Изнашивание сопровождается существенными химическими изменениями;
2. Работа в условиях усталостного разрушения и одновременно подвергающиеся механическому изнашиванию;

К основным механическим повреждениям выпускных клапанов можно отнести: трещины, поломки и обломы, изгибы и вмятины.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

 

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Трещины образуются в результате воздействий значительных местных нагрузок ударов и перенагружений. В данном случае трещины могут носить тепловой характер происхождения.

Поломки и обломы возникают при сильных ударах о детали, часто наблюдаются на литых изделиях, могут также возникнуть в результате усталости металла.

Химико-тепловые повреждения  выпускных клапанов возникают как  правило в результате сложных  взаимодействий при тяжелых условиях эксплуатации машин. К ним относятся:  коробление, коррозия, образование нагрева и накипи.

Коробление происходит от воздействия высоких температур, чаще всего при нарушении правил эксплуатации машин, приводящих к изменению Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

 

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

структурных изменений и  больших внутренних напряжений. Коррозия поверхностей клапана это результат химического и электрохимического воздействия окружающей окислительной и химически активной среды.

Нагар образуется в результате взаимодействия сильно нагретых газов продуктов сгорания топлива и масел на поверхности детали. Образовавшийся нагар ухудшает условия теплопередачи и в некоторых случаях приводит к перегреву детали и образованию на них трещин.

 

 

3 Описание материала детали

 

Сталь Х18Н10Т — нержавеющая, жаростойкая, жаропрочная, аустенитного класса, обладает высокой хладостойкостью, немагнитностью и удовлетворительной сопротивляемостью межкристаллитной коррозии, химически устойчива ко всем кислотам, кроме уксусной, муравьиной, молочной и щавелевой — применяется для изготовления узлов н деталей вакуумных установок, в которых создается давление не ниже р=1×10^-12 мм рт. ст., работающих при температурах от -260 до +1000° С. Эта сталь чаще всего используется для изготовления корпусов высоковакуумных насосов и установок, термобарокамер, экранов, держателей и корпусов приборов. Поверхности деталей, изготовленных из стали Х18Н10Т, обычно подвергаются электрополировке. Химический состав и механические свойства  приведены ниже в таблицах 2 и 3.

 

Таблица 2 – Химический состав стали Х18Н10Т по ГОСТ 5949-75

В процентах
C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
до 0.12	до 0.8	до 2	9 - 11	до 0.02	до 0.035	17 - 19	до 0.3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

 

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Сталь Х18Н10Т имеет высокую  свариваемость различными методами электросварки (особенно аргонно-дуговой), а также паяется твердыми и мягкими припоями, хорошо обрабатывается резанием (при применении твердосплавного инструмента) и обладает высокой пластичностью при холодной деформации. Интервал горячей деформации 900-1150°С.

 

Таблица 3 – Механические свойства при Х18Н10Т

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	Термообр.
	мм	МПа	МПа	%	%
Поковки	до 1000	510	196	35	40	Закалка 1050 - 1100oC, вода,
Лист тонкий		530	205	40		Закалка 1050 - 1080o C, Охлаждение вода
Лист тонкий нагартован.		880-1080		10
Сорт	до 60	510	196	40	55	Закалка 1020 - 1100o C, Охлаждение воздух
Лист толстый		530	235	38		Закалка 1000 - 1080o C, Охлаждение вода
Примечание: sв - Предел кратковременной прочности, [МПа] sТ - Предел текучести, [МПа] d5 - Относительное удлинение при разрыве, [ % ] y - Относительное сужение, [ % ]

 

Вероятность появления при  сварке или наплавке горячих трещин можно определить по показателю Уилкинсона (H.C.S)

,    (1)

 

Условием появления горячих  трещин является Н.С.S. > 2. Из расчета видно, что в данном случае при наплавке не возникнет горячих трещин.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

 

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

4 Выбор способа восстановления

 

Импульсно-дуговая наплавка плавящимся электродом. Импульсно-дуговая наплавка плавящимся электродом расширяет технологические возможности наплавки в защитных газах. При этом процессе на основной сварочный ток непрерывно горящей дуги при помощи специального генератора налагают кратковременные импульсы тока, которые ускоряют перенос капель металла и уменьшают, таким образом, их размер. При наложении на дугу импульсов определенной энергии и частоты можно достичь мелкокапельного переноса металла с минимальным разбрызгиванием. Это позволяет осуществлять наплавку в вертикальном положении. Импульсно-дуговую наплавку следует вести на постоянном токе обратной полярности, так как наплавка на прямой полярности ведет к увеличению длины дуги за счет более высокой скорости расплавления электрода и к повышенному разбрызгиванию. Этот процесс не нашел широкого распространения из-за ограниченного сочетания проволок и защитных газов, при которых возможен мелкокапельный перенос металла.

Вибродуговая наплавка – прерывистый дуговой процесс, при котором электрод вибрирует вдоль своей оси, вызывая короткие замыкания в сварочной цепи и кратковременные периоды существования дуги. Подаваемая в зону наплавки проволока совершает при помощи электромагнитного или механического устройства возвратно-поступательные движения с частотой до 100 раз в секунду и размахом 0,5…2,0 мм. Суть этой наплавки состоит в следующем. К изделию и электроду подают напряжение от источника постоянного или переменного тока. В момент соприкосновения электрода с изделием происходит короткое замыкание электрической цепи, при котором ток мгновенно возрастает, и в месте контакта электрода с изделием образуется перемычка из жидкого металла.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

 

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

В следующий момент, при  отходе электрода от изделия, перемычка  разрывается и возбуждается дуга. В момент горения дуги происходит плавление основного и электродного металлов и перенос жидкого электродного металла на изделие. Затем цикл, состоящий из короткого замыкания, дугового разряда и холостого хода, повторяется. Так как длительность существования дуги невелика и составляет 20 % всего цикла, провар основного металла получается неглубоким, с небольшой зоной термического влияния. При силе тока 100…200 А, напряжении на дуге 18…25 В производительность процесса составляет 1…2 кг наплавленного металла в час.

Сделав вывод из того что  толщина наращиваемого слоя на деталь превышает 0,3 мм в данном разделе будет рассмотрен метод плазменной наплавки. Методы электрохимического наращивания и способы импульсно-дуговой и вибродуговой наплавки не нашли достойного применения так как, не обладают достойными качествами наращивания и не соответствуют условиям работы и эксплуатации детали. 

Развитие технологических  процессов ремонта не стоит на месте, и на данный момент существуют методы защиты новых и восстановления изношенных деталей, позволяющих эффективно решать ряд проблем - износ трущихся деталей, снижение коэффициента трения, гидроабразивный износ, коррозию и др. Ведущие западные фирмы давно используют покрытия различного функционального назначения в своей продукции.

Клапана двигателей внутреннего  сгорания в процессе эксплуатации изнашиваются, что приводит к уменьшению их срока службы и необходимости дорогостоящего ремонта двигателя внутреннего сгорания.

Для их упрочнения, как правило, наносят защитный слой покрытия различными методами. Из существующих способов плазменной наплавки наибольшее распространение  получила плазменно-порошковая наплавка как наиболее универсальный метод. При плазменно-порошковой наплавке присадкой служат гранулированные металлические порошки, которые подаются в плазмотрон транспортирующим газом с помощью специального питателя. Метод порошковой плазменной наплавки (ППН) является наиболее оптимальным по производительности, цене и качеству.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

 

6ОС-1.03.08.0000ПЗ

Достоинства метода плазменной наплавки заключаются в следующем:

1. высокая производительность наплавки – выше 25 кг/ч;
2. эффективность метода – около 85 %;
3. низкая растворимость основного металла в наплавленном слое (до 5%) – минимальное перемешивание с материалом основы;
4. высокое качество наплавленного металла;
5. минимальные потери присадочного материала;
6. возможность наплавки относительно тонких слоев (0,5-5,0 мм).

Установление взаимосвязи  между температурой оплавления порошка  и временем выдержки при температуре  оплавления порошка позволяет  регулировать и управлять свойствами покрытия.

Чрезмерное повышение  температуры оплавления сплава и  времени выдержки при температуре оплавления приводит к огрублению структуры, снижению механических свойств основы и покрытия.

Детали при наплавке быстро нагреваются до высоких температур; изменяются тепловые условия формирования покрытий, увеличиваются глубина проплавления и степень перемешивания материалов покрытия и основы, наплавочный материал в покрытии теряет свои исходные свойства. Необходимость управления тепловыми условиями плазменно-порошковой наплавки, выбора оптимальных режимов диктует необходимость построения физико-математической модели с последующим использованием ее в компьютерном  проектировании  и управления процессом нанесения покрытий.

Благодаря возможности регулирования  в широком диапазоне соотношения между тепловой мощностью дуги и подачей присадочного порошка, плазменная порошковая наплавка обеспечивает достаточно высокую производительность при минимальном проплавлении основного металла, что позволяет обеспечивать требуемую твердость и заданный химический состав наплавленного металла уже на расстоянии 0,3-0,5 мм от поверхности сплавления. Это дает возможность ограничиться однослойной наплавкой там, где электродуговым способом необходимо наплавить 3-4 слоя.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17