close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4 Розд.

код для вставкиСкачать
 ПЕДАГОГІЧНА ЧАСТИНА
ЛЕКЦІЯ НА ТЕМУ: "Ефективність застосування боридних покриттів у ремонтному виробництві"
МЕТА: ознайомитися і визначити основні поняття та властивості боридних покриттів та їх застосування у ремонтному виробництві
ПЛАН ВИКОНАННЯ ЛЕКЦІЇ:
1.Фізико-механічні властивості боридних покриттів
2.Застосування борування у ремонтному виробництві
3.Вибір методу та способу нанесення боридного покриття:
3.1.Класифікація методів і способів борування
3.2.Сутність методів і способів борування, насичуючі середовища та режими 3.3.Методика вибору оптимального варіанта нанесення покриття
4.Технологічний процес нанесення боридного покриття
1. Фізико-механічні властивості боридних покриттів
Борування зменшує густину сталі, оскльки густина боридів FeB і Fe2B нижча за густину зміцнювальних матеріалів. Аналогічно впливає борування на теплопровідність. У боридному шарі боридні фази закономірно орієнтовані відносно насичуваної поверхні і належить до сполук низького класу симетрії, тому в борованих сталях слід ураховувати анізотропію температурних коефіцієнтів лінійного розширення боридів FeB і Fe2B.
Найсприятливіше співвідношення коефіцієнтів лінійного та об'ємного розширення досягається в разі однофазного борування. За будь-якої температури однофазного борування(550...1100°С) у виробах формуються залишкові напруження з максимумом, який препадає на насичувану поверхню.
Модуль пружності бориду Fe2B дорівнює 3*105 МПа ,в коефіцієнт Пуассона µ=0,18. Модуль пружності та коефіцієнт Пуассона FeB становлять відповідно 4*105 МПа і 0,15.
Борування знижує магнітну проникність вуглецевих сталей і тим значніше, чим більша товщина шару. Борування збільшує електроопір сталі. Питомий опір фаз Fe2B=35...40 мкОм*см , FeB=45...50 мкОм*см.
У таблиці 1.1 і 1.2 показано вплив способу борування, типу зразків і хімічного складу на механічні властивості середньовуглецевих сталей. У результаті борування на 20-30% збільшується жорсткість сталі при крученні. Утомна міцність борованої сталі залежить від методу, способу та режиму борування, хімічного складу сталі і технології наступної термічної обробки. Однофазне борування на глибину до 150мкм збільшує(на 20-50%) утомну міцність конструкційних сталей, а двофазне- зменшує. Таблиця 1.1
Вплив способу, режиму борування та типу зразків на механічні властивості сталі 45
Спосіб
борування Режим ХТО Механічні властивості зразків t, °C τ, год гладкихз концентраторами напружень в, МПа т, МПа ,%,%в, МПат, МПа КС,Дж/см2 Вакуумне відпалювання 840 2 630 330 14,5
33,0
850
515 62 У порошковій суміші 84% -В4С
16% -Na2B4O7 950
6 650 355 13,0
9,0
775
570 45 Електролізний, охолодження на повітрі 950 3 655 375 12,5
11,5
825
580 - Те саме, охолодження сповільнене 950 3 695 370 9,5
14,5
790
585 - Таблиця 1.2
Порівняльні дані щодо впливу відпалювання(В) та борування(Б) на механічні властивості легованих середньовуглецевих конструкційних сталей
Сталь в, МПа 0,2,МПа , % , % КС, Дж/см2 -1,МПа к-1, МПа В Б В Б В Б В Б В Б В Б В Б 45 605 670 275 355 14 7 42 19,5 52 30 210 280 80 100 45Г 650 710 320 390 14 7 41 19 50 40 240 310 60 100 45Г2 790 810 435 550 12 5,5 37 16,5 40 15 270 320 50 70 45Г5 820 590 - - 0 0 0 0 3,5 25 440 300 80 70 45С 675 715 370 405 14 6 40 18 55 35 310 330 35 80 45С2 725 810 470 510 13 5,5 32 10 25 10 310 360 70 60 45С5 800 315 630 - 5 0 9,5 0 2,5 2,5 355 400 80 110 45Х 570 655 280 340 14 7 42,5 20 75 35 200 220 55 75 45Х2 673 840 345 590 13 5 49 22 90 55 270 310 80 80 45Х5 790 1260 425 830 16 5,5 58,5 28,5 70 30 280 370 70 75 45Н 520 560 300 360 15 7 43 22,5 55 45 180 200 50 110 45Н2 540 605 315 370 15,5 7,5 44,5 25,5 60 40 190 270 30 100 45Н5 585 875 370 575 19 9 52 33 65 35 300 270 80 70 Борування підвищує умовну межу корозійної втоми в 3%-му розчині NaCl у 1,5-2 рази. Термообробка знижує ефект впливу борування на умовну межу корозійної втоми. Причина такої закономірності - утворення тріщин у боридному шарі в процесі термообробки.
Характерна властивість боридних шарів -висока твердість. Борид FeB у боридному шарі армко - заліза має мікротвердість Н100=19500...21000МПа, а борид Fe2B Н100=138000...14500МПа.
Збільшення вмісту вуглецю в сталі знижує твердість бориду FeB і практично не впливає на твердість Fe2B.Із підвищенням температури борування у вуглецевих сталях твердість бориду дещо знижується , а бориду заліза Fe2B- незначно збільшується. Час насичення на твердість боридних фаз практично не впливає.
Висока мікротвердість загартованої середньовуглицевої сталі зберігається до температури 700°С.Це дає змогу застосовувати борування, щоб підвищити зносостійкість виробів, які працюють за високих температур.
Боридні шари мають підвищену крихкість. Як одну з оцінок крихкості боридних шарів використовують схильність їх до сколювання. Сколювання боридного шару під час різних випробувань на міцність починається за умови, що загальне відносне видовження або стиск дорівнює не менш як 1-2%.
Здатність борованого шару захищати основний метал від корозії наближено можна оцінити так званим об'ємним відношенням, яке показує, на скільки питомий об'єм утворюваного під час борування шару більший або менший за питомий об'єм основного металу:
=,
де М- молекулярна вага бориду; D i d- густина відповідно борованого шару та металу; m- молекулярна вага металу основи.
Під час візуальних спостережень якісну оцінку корозійної стійкості покриттів роблять за наявністю глибоких корозійних пошкоджень - утворенням тріщин, свищів та відшаруванням дифузійного шару від основного металу.
2.Застосування борування в ремонтному виробництві
Легування поверхонь методом дифузійного борування - ефективний засіб підвищення властивостей сталей, із яких їх виготовлено. Завдяки поверхневій твердості, жароміцності та стійкості борованої сталі в агресивних середовищах відповідальні деталі можна виготовляти не з дорогих високолегованих сплавів, а з вуглецевих сталей, піддаючи їх дифузійному боруванню.
Зносостійкість втулок швидкохідних дизелів, виготовлених з борованої сталі 45, у 2,8 раза вища, ніж втулок, виготовлених із високоякісної легованої сталі 38ХМЮА, із наступним боруванням.
Зносостійкість бурових насосів, виготовлених зі сталі 45 з наступним боруванням, у 3- 4 рази більша, ніж застосовуваних раніше втулок зі сталі У7А(з наступним загартовуваням СВЧ ).
Висока жаростійкість борованої сталі зі збереженням поверхневої твердості в разі нагрівання до 800...960°С дає змогу застосовувати борування для підвищення строку служби штампів та різних фільєрів.
Борування поршнів для машин лиття під тиском по вуглецевій сталі вдвічі підвищило їх зносостійкість порівняно з поршнями з дорогої жароміцної сталі ЗХ238. Висока поверхнева твердість борованої сталі (14700...17640 МПа) дає змогу використовувати її в умовах інтенсивного абразивного зношування.
Застосування борованих пальців і втулок, запресовуваних у вушко ланцюга гусениці, дає змогу підвищити стійкість вушок у 17 раз, а пальців - у 12 раз порівняно із серійними.
Застосування борованих пальців якісно змінює процес зношування шарніра гусениці в присутності абразиву. Таким чином, підвищення твердості пальців супроводжується зменшенням тертьової пари в цілому.
3.Вибір методу та способу нанесення боридного покриття
3.1 Класифікація методів і способів борування
В основу поділу розроблених і застосовуваних тепер процес борування може покласти агрегатний стан насичуючого середовища під час ХТО.
Згідно з цією класифікаційною ознакою можна виділити три основні методи борування: у твердих, рідких і газоподібних середовищах. Борування в обмазках є проміжним щодо борування в твердих і рідких середовищах.
Залежно від фізико- хімічної природи використовуваних для насичення речовин борування в твердих середовищах доцільно поділити на борування в порошках елементарного бору, порошках сплавів, хімічних сполук бору та в порошкових сумішах на основі оксиду бору (В2О3) з добавкою відновлювача( металотермічний метод). Рідинне борування поділяється на борування в розчинні електролітів та борування в металічних та сольових розплавах, газове- на борування в середовищі водневих сполук бору та сполук бору з фтором, хлором, бромом та йодом. Кожний із перелічених методів борування поділяються на способи.
Із рідинних способів борування найбільш практичний інтерес становлять електролізне та рідинне борування в розплавах на основі солей та оксидів бору.
Найперспективніші для ремонтного застосування такі методи й способи борування:
а.)у порошкоподібних сумішах із використанням герметизованих контейнерів;
б.)у розплавах солей та оксидів ( електролізне та без електролізу);
в.)із паст(обмазок).
3.2. Сутність методів і способів борування, насичуючі середовища та режими
Борування в порошкоподібних сумішах (у твердих середовищах)
Борування у твердих середовищах здійснюється у середовищі водню, хлору, хлористого водню або в суміші водню та хлористого водню, оскільки швидкість дифузії мала через прямий контакт між металом і твердим насичуючим елементом. Крім того, до складу шихти вводять 2- 5% хлористого амонію. Під час нагрівання в печі відбувається його розклад:
NH4Cl NH3 + HCl;
2NH3 N2 + 3H2
Метод борування в твердих середовищах має такі різновиди:
- у порошках в порошках аморфного бору та його хімічних сполук;
- у порошках оксиду бору В2О3 з відновлювачами( металотермічний метод).
Ці різновиди борування методу борування в твердих середовищах можуть реалізуватися різними способами: - у негерметичних контейнерах;
- у контейнерах із плавкими затворами;
- у вакуумі;
- у захисних атмосфера;
- у псевдозріджених середовищах.
Борування в порошках у герметизовуваних контейнерах
Як насичуючі середовища за цього способу борування можна використовувати порошки аморфного та кристалічного бору, карбіду бору, феробору, боридів перехідних металів. Контейнери виготовляють із нержавіючої та жароміцної сталей. Герметизацію виконують різними прийомами, але в практиці ХТО найбільшого поширення набув спосіб герметизації контейнерів плавким затвором. Температура формування плавкого затвора має бути 500...700°С.
У результаті борування в порошках на основі карбіду бору на поверхні сталей та чавунів формується двофазний шар, який має характерну голчасту будову і складається з боридів FeB + Fe2B.
Борування в порошках у печах із захисними газовими середовищами
Насичення виконується у порошкових сумішах на основі карбіду бору в середовищі продуктів піролізу гасу. Висока швидкість формування боридного шару і добрий стан поверхні оброблюваних виробів досягається в разі виконання як активатора вуглекислих солей натрію та кальцію.
Борування виконують при температурі 900...1000°С протягом 3...6 год. Товщина шару (FeB + Fe2B) при цьому становить 150...250 мкм. Цей спосіб борування досить перспективний в умовах дрібносерійного виробництва.
Борування в порошках попередньо відновлених металотермічних сумішей
Технологі борування за цим способом багато в чому аналогічна технології традиційного методу насичення в порошкоподібних сумішах. Різниця полягає в тому, що замість порошків насичуючих елементів ( у чистому вигляді або у вигляді сплавів ), готуючи суміші, застосовують порошки їх оксидів, для відновлення яких у насичуючу суміш додатково вводять речовини - відновлювані.
Для прискорення процесів дифузійного насичення до металотермічних сумішей уводять активатори (NH4Cl, AlF3, NaF тощо ), продукти розкладання яких за високих температур утворюють із насичуючими елементами газоподібні сполуки.
Борування в обмазках (із паст)
Різновидом борування твердій фазі є застосування борвмісних обмазок (паст) і нагрівання СВЧ.
Борування в обмазках( із паст) доцільно застосовувати в разі зміцнення крупногабаритних виробів, а також тоді, коли потрібне місцеве борування. Розвиток цього напряму в боруванні стимулюється також можливістю поєднати борування із застосовуваними на підприємствах режимами термічної обробки зміцнюваних деталей.
Технологія процесу борування з паст передбачає виконання таких операцій: приготування обмазки, підготовка зміцюваної поверхні до насичення, насичення та сушіння обмазки, борування деталей за даним режимом, охолодження й очищення деталей і паст.
Безелектролізне борування
Деталь, що борується, занурюють у рідке насичуюче середовище, яке є не лише носієм активного бору, а й забезпечує його утворення в процесі насичення, і витримують деякий час за певної температури. Як боруючу ванну використовують розплави хлористих солей з добавкою в ролі борвмісного агента 10% карбіду бору і 20% феробору. Борування в хлористих солях виконують при температурі 950...1050°С. Атомарний бор виділяється в результаті взаємодії із залізом: 2BCl3 + 4Fe = 2Fe2B + 3Cl2
Зі збільшенням тривалості борування зростає і мікротвердість борованого шару, причому інтенсивніше, ніж у разі обробки без використання ультразвукових коливань. Ультразвукові коливання дають змогу одержувати шар більшої глибини за нижчої температури.
Електролітичне борування
Цей метод уперше було запропоновано й апробовано у 1934 року.
Сутність цього методу борування: у тиглі із жаростійкої сталі розплавляють буру, занурюють туди насичуваний виріб, який є катодом, і подають постійну напругу. Анодом є графітовий або вугільні стрижень. Режим процесу електролізного борування вибирають залежно від потрібної товщини шару.
Борування в газовому середовищі
Джерелом елементарного бору звичайно є реакції термічного розкладання чи відновлення хлориду бору.
Збільшення швидкості газового потоку понад 100 л/год уже не впливає на швидкість насичення. Останнім часом для нанесення борвмісних покриттів використовують галоїдні сполуки бору, зокрема трихлористий бор (ВСl3). Ця сполука являє собою безбарвний газ із різким запахом.
Великий вплив чинить швидкість подавання газової суміші. Під час борування нікелю виявлено, що зі збільшенням швидкості подавання суміші швидкість борування зростає майже в квадратичній залежності.
3.3. Методика вибору оптимального варіанта нанесення покриття
Вибираючи метод і спосіб борування, слід керуватися не лише глибиною борованого шару, а й іншими практично важливими даними: технологічністю вибраного методу, економічністю, рентабельністю.
Важливою умовою забезпечення найкращих економічних показників і якості нанесення боридного покриття є вибір оптимального методу і способу стосовно конкретних умов і конкретної деталі.
Критерій застосовності методу й способу борування характеризує його технологічні властивості, а також конструктивні й експлуатаційні особливості деталі.
Техніко - економічний критерій методу і способу борування характеризує його продуктивність і економічність.
Загальна методика вибору складається з двох етапів:
- розглядають різні методи й способи нанесення боридного покриття і вибирають із них такі, які можуть у принципі застосовуватися, тобто задовольняють критерій застосовності;
- якщо встановлено, що потрібному критерію застосовності для даної деталі відповідають два чи кілька із тих, які характеризуються найвищими техніко - економічними.
4. Технологічний процес нанесення боридного покриття
Цей процес включає в себе підготовчі операції - очищення поверхні, захист ділянок деталей , які не підлягають боруванню, укладання деталей у контейнери або монтаж на підвіски та безпосереднє нанесення покриття - вибір насичуючого середовища та режиму.
Якість нанесення боридних покриттів значною мірою залежить від правильного додержання технології підготовчих операцій.
Підготовчі операції виконуються механічними, хімічними або електролітичними способами.
До механічних способів належать гідропіскоструменеве очищення, галтування, шліфування, гарцювання, до хімічних(електрохімічних) - знежирювання й травлення.
Гідропіскоструменеве очищення, галтування, гарцювання.
Установка гідропіскоструменевої обробки складається із сталевого резервуара, оснащеного металевим або відцентровим насосом і наповненого піском, змішаним із водою у відношенні 1:2. Потрібний напір досягається стисненим повітрям. Установка має решітчастий стіл для вкладання деталей та нижній збірник із насосом для подавання суміші піску й води знову до резервуару.
Спосіб галтування полягає в обробці дрібних деталей насипом у обертових металевих барабанах. Галтувальні барабани мають шестигранний переріз і оснащенні кришкою, яка доцільно закривається. Корпус барабана виготовляють звичайно з листової сталі.
Процес карцювання полягає в обробці поверхонь деталей обертовими дротяними щітками. Для карцювання сталевих сталей застосовують щітки зі сталевого дроту діаметром 0,05...0,30 мм, для чистової обробки - щітки з дроту діаметром 0,05...0,10 мм; для грубої обробки - щітки з дроту діаметром 0,3...0,6 мм.
Знежирювання поверхні деталей.
Поверхні деталей перед нанесенням на них боридних покриттів мають бути ретельно очищенні від забруднень мінерального, тваринного, рослинного і рідше синтетичного походження. Поверхні очищують розчинниками або хімічним знежирюванням у лужних розчинах та електрохімічним знежирюванням.
Знежирювання розчинниками.
Обробка розчинниками особливо ефективна в разі видалення полірованих паст, консистентних мастил, мінеральних і рослинних масел. Практика застосування для цих цілей гасу, бензину, уайт - спириту та інших пожежонебезпечних матеріалів показала, що незважаючи на ряд профілактичних заходів є багато випадків важкого травматизму, пов'язаного зі знайденням розчинників в ремонтних приміщеннях.
Хімічне знежирювання деталей.
Після знежирювання в органічних розчинниках на поверхні деталей лишається дуже тонка плівка жирів. Щоб її видалити, виконують хімічне або електрохімічне знежирювання.
Хімічне знежирювання полягає в тому, що під впливом лугу жири омилюються й переходять у розчин , а мінеральні масла в присутності спеціальних поверхнево - активних речовин - емульгаторів утворюють емульсію.
Емульсійне знежирювання
застосовують для видалення з поверхні деталей речовин, нерозчинних у органічних розчинниках, наприклад водомасляний емульсій, часто застосовують під час обробки деталей у ремонтному виробництві.
Розчини для емульсійного знежирювання складається з двох фаз: органічного розчинника та водяного мийного розчину. Емульсійне знежирювання забезпечує одночасне знежирювання деталей і емульгування забруднень.
Висновок: на цій лекції ознайомилися з основними поняттями та процесами нанесення боридних покриттів, визначили їх фізико - механічні властивості та їх застосування в ремонтному виробництві; розкрили основні технологічні процеси нанесення боридного покриття. ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
1. Встановлена перспективність застосування легованих боридних покриттів в вузлах тертя ковзання без змащування та умовах КМЗ.
2. Досліджені триботехнічні характеристики легованих боридних покриттів в умовах тертя ковзання без змащення; встановлено, що легування Cu, Ni, Co підвищує їх зносостійкість в 1,5 - 2 рази, а Cu в 2 - 3 рази. Легування покриття Ti зменшує його зносостійкість.
3. Дослідження тонкої структури поверхні тертя показало, що її будова залежить від її властивостей робочого середовища. Встановлено, що при терті ковзання в умовах КМЗ основна роль у формуванні захисних поверхневих плівок належить кисню та кислотним залишкам середовища, а легуючі елементи в сполученні з бором визначають їх трибологічні характеристики. Встановлені сумісні межі роботоздатності боридних легованих покриттів в умовах КМЗ.
4. Встановлено вплив легуючих елементів на створення гальванічної пари в структурі боридного покриття, та величину електрорушійної сили потенціалу покриття.
5. Розроблена комбінована технологія підвищення зносостійкості боридних покриттів, яка включає дифузійне насичення та лазерну обробку, в результаті якої утворюється високодисперсна бездефектна структура поверхневого прошарку товщиною до 120 мкм, зі зносостійкістю в 5 раз більшою в умовах тертя ковзання без мастила, в порівнянні з неопрацьованим боридним покриттям.
105
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
93
Размер файла
149 Кб
Теги
розд
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа