В основе повышения износостойкости и усталостной прочности деталей лежит воздействие на рабочую поверхность деталей и элементы кристаллической решетки металла путем применения различных видов обработок. Слесарно-механическая обработка. Эта обработка применяется для устранения задиров, рисок, наработки и других дефектов поверхности, а также для получения необходимой чистоты поверхности. Чем выше чистота поверхности, тем выше износостойкость детали. Наиболее часто для этих целей применяют шабрение, шлифование, полирование, хонингование.
Термическая обработка (закалка). Этот способ применяется для повышения твердости поверхности детали. Для уменьшения хрупкости и снятия закалочных напряжений производят отпуск. Сочетание закалки с действием магнитного поля увеличивает прочность стали, так как кристаллы мартенсита принимают одну ориентацию во всех зернах. Поверхностная закалка применяется для повышения прочности и износостойкости деталей, работающих при ударной нагрузке, при этом основной металл детали остается незакаленным. Такая закалка производится токами высокой частоты и газопламенными горелками. Поверхностная закалка в электролите основана на нагреве детали искровыми разрядами через пароводородную оболочку, возникающую у поверхности нагреваемой детали (катода). При этом не образуется закалочных трещин. Обработка холодом применяется для уменьшения количества остаточного аустенита в закаленной легированной стали, так как остаточный аустенит снижает ее твердость и износоустойчивость. При этом стабилизируются размеры деталей, что очень важно для деталей прецизионных пар.
Химико-термическая обработка. Это технологический процесс, при котором происходит изменение химического состава, структуры и свойств поверхности металла. Обработка включает в себя азотирование, фосфатирование, анодирование, цианирование, сульфидирование, борирование, цементацию.
Азотирование применяется для повышения износостойкости, твердости, коррозионной стойкости и жаропрочности деталей. Его производят в камере, заполненной газообразным аммиаком. При электрическом разряде аммиак распадается на ионы азота и водорода, которые начинают бомбардировать поверхность детали, вследствие чего азот насыщает поверхностный слой. Деталь является катодом, а анодом служат электроды. Так целесообразно обрабатывать шейки валов быстроходных дизелей.
Фосфатирование - насыщение рабочей поверхности фосфатами железа и марганца. Фосфатная пленка образуется в результате взаимодействия металла с дигидроортофосфатами железа и марганца. Она предохраняет детали от окисления при высоких температурах, поэтому необходимо фосфатировать рабочую поверхность цилиндровых втулок дизелей. Анодирование применяется для повышения износостойкости алюминиевых деталей. Сущность процесса заключается в окислении атомарным кислородом поверхностных слоев алюминия (в сернокислой ванне под напряжением до 120 В).
Анодированию подвергают ручьи алюминиевых поршней. Для повышения антифрикционности поверхности ручьев покрываются смесью, состоящей из бакелитового лака, сульфата молибдена или графита и спирта или бензина.
Цианирование заключается в одновременном насыщении поверхности металла углеродом и азотом. Применяется оно для повышения поверхностной твердости, износостойкости и усталостной прочности.
Сульфидирование представляет собой процесс насыщения поверхностей стальных и чугунных деталей серой для повышения их износостойкости и предупреждения задиров.
Борирование - это насыщение поверхности деталей из стали и сплавов на основе никеля, кобальта и тугоплавких металлов бором для повышения твердости, теплостойкости, износостойкости и коррозионной стойкости.
Цементация заключается в насыщении поверхности детали при 900.950°С углеродом с последующей закалкой для повышения твердости, износоустойчивости и усталостной прочности.
Гальваническая обработка. Пористое хромирование рабочей поверхности производится в электролитической ванне. Вначале наносится слой хрома толщиной 0,15. 0,20 мм. Пористость создается переключением тока на обратный на 15.20 мин. Обратный ток вызывает выпадение частиц хрома с образованием мельчайших пор. Такая пористость улучшает смазку трущихся поверхностей и повышает срок службы деталей.
Механическое упрочнение. Для механического упрочнения деталей применяют накатку, простое или ультразвуковое виброобкатывание, дробеструйную и гидроструйную обработку. Накатка шеек и галтелей осуществляется роликами, которые прижимают к поверхности детали. Трехроликовое приспособление исключает деформацию детали и разгружает суппорт и ходовой винт станка. Накатка выполняется за три оборота при 12. 15 об/мин. В процессе накатки в зону контакта подается смесь масла с керосином или полимерная жидкость. Одновременно с упрочнением поверхности повышается и ее чистота.
Виброобкатывание заключается в обкатывании поверхности детали шариком, который вибрирует параллельно оси вращения детали, совершая 2600 двойных ходов в минуту при амплитуде 2 мм.
Ультразвуковое виброобкатывание получается при наложении на ролик колебаний ультразвуковой частоты, направленных перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. В результате при весьма малых статических усилиях обкатывания получается высокая степень упрочнения, при этом в зоне контакта создается температура 1000. 1200 "С. Этот способ применяется для упрочнения закаленной стали и чугуна.
Дробеструйная обработка заключается в том, что на механически и термически обработанную поверхность с большой скоростью направляют поток стальной или чугунной дроби диаметром 0,5. 1,5 мм. Дробь выбрасывается энергией сжатого воздуха или лопатками колеса.
Гидроструйная обработка заключается в обработке деталей струей воды под давлением 0,4.0,6 МПа. Высоконапорная струя воды позволяет упрочнять поверхности сложной конфигурации. Электромеханическое упрочнение. Данная обработка выполняется на токарно-винторезном станке. При вращении детали и перемещении инструмента с пластинкой из твердого сплава в зону контакта подводят электрический ток силой 350. 1300 А и напряжением 2. 6 В. Вместо резца можно использовать сглаживающий ролик. В зоне контакта выделяется значительная тепловая энергия, которая мгновенно нагревает зону контакта до температуры закалки. За счет радиального усилия инструмента поверхность сглаживается, а затем быстро охлаждается за счет отвода теплоты внутрь детали. В итоге получается эффект поверхностной закалки на глубину 0,2.0,3 мм с одновременным поверхностным наклепом, значительно повышающим износоустойчивость (до 10 раз) и усталостную прочность детали (до 6 раз).
Электроискровая обработка. Упрочнение деталей этим способом основано на ударном воздействии направленного искрового разряда, вызывающего взрыв на поверхности детали в точке приложения импульса. В результате происходит перенос металла и упрочнение поверхности детали. Важную роль в повышении износостойкости и усталостной прочности деталей играют подбор пар трения и их смазки, а также применение защитных покрытий.
Подбор пар трения и их смазки. Для снижения износа трущихся поверхностей следует правильно подбирать пары трения и смазку к ним. При этом важно учитывать, что: лучшей парой трения является пара трения бронза - сталь; коэффициент трения сталь - хром составляет 2/3 коэффициента трения сталь - сталь; зубчатые колеса, изготовленные из одного материала, при совместном зацеплении должны иметь разную термообработку; применение химических присадок к смазочным маслам позволяет в несколько раз уменьшить износ, увеличить долговечность и надежность механизмов; моющие присадки очищают поверхности деталей от отложений, что улучшает охлаждение деталей, смазку и т.д.
Защитные покрытия. Эти покрытия наносят на поверхность деталей для защиты их от коррозии, увеличения сопротивления истиранию, действию высоких температур и т.п. На тепловозах из них применяются гальванические покрытия; пропитка изоляции электрических машин лаками; окраска автоэмалью охлаждающей поверхности; пропитка охлаждающей поверхности жидким стеклом под давлением; окрашивание деталей, агрегатов и тепловоза в целом. Окраска также придает тепловозу товарный вид.
Типы СОТС В зависимости от агрегатного состояния различают СОТС 4-х типов:
· газообразные;
· пластичные;
· твердые;
· жидкие (смазочно-охлаждающие жидкости, СОЖ).
Газообразные СОТС представляют собой газы – активные (например, воздух, кислород, углекислый газ) или нейтральные (такие, как азот, гелий, аргон). В процессе обработки металлических поверхностей происходит взаимодействие активных газов с металлом, в результате чего на нем образуется оксидная пленка. Эта пленка обеспечивает дополнительную защиту поверхностей от износа. Ввиду трудоемкого применения газообразные СОТС редко применяются на практике.
Пластичные СОТС. Они, как правило, используются в ходе ручной обработки металлических поверхностей (например, при сверлении, полировании, нарезании резьбы). Пластичные СОТС иногда затруднительно подвести в зону резания. Кроме того, у них низкая эффективность теплоотвода и их невозможно собрать и очистить для повторного прменения. К СОТС этого типа относятся пластичные смазки с неорганическими, мыльными или углеводородными загустителями.
Твердые СОТС. В их состав включены такие компоненты, как мягкие металлы (олово, свинец, медь), органические вещества (полимеры, воски, твердые жиры, мыла) или минеральные материалы со слоистой структурой (дисульфид молибдена, слюда, графит). Твердые СОТС эффективны при высоких температурах и нагрузках и используются в качестве покрытия поверхностей, когда другие СОТС оказываются неработоспособыми. Обычно в нормальных условиях СОТС такого типа не применяется, так как обладает малоэффективным теплоотводом, а ее эксплуатация вызывает трудности.
Жидкие СОТС (СОЖ). Классификация
Среди всех СОТС наиболее распространенным видом являются жидкие.
В зависитости от компонентов, входящих в состав СОЖ, смазочно-охлаждающая жидкость может быть:
· водосмешиваемые
· масляные
· быстроиспаряющиеся
Водосмешиваемые СОЖ
Водные эмульсии масел, которые готовятся путем перемешивания концентрата в воде, широко используются в процессе лезвийной или абразивной обработки металлов (цветных и черных) при применении средних и легких режимов резания.
Водосмешиваемая смазочно-охлаждающая жидкость обладает следующими преимуществами в сравнении с другими видами СОЖ:
· высокая пожаробезопасность и охлаждающая способность;
· меньшая токсичность;
· стоимость ниже.
Из числа минусов водосмешиваемых СОЖ выделяются невысокие смазочные характеристики, низкая стабильность свойств при длительном хранении и применении материала.
Различают следующие водосмешиваемые смазочно-охлаждающие жидкости:
· эмульгирующиеся или эмульсолы
· полусинтетические
· синтетические
· растворы электролитов
Эмульгирующиеся СОЖ
Если смешать такую СОЖ с водой, то образуется эмульсия. Основной компонент эмульсолов – минеральные масла со средней вязкостью (парафиновые или нафтеновые). Иногда их можно заменить (полностью или частично) на алкилбензолы или полиальфаолефины, синтетические сложные эфиры или жирные масла.
Концентрация масел в эмульгирующихся СОЖ варьируется в пределах от 20 % до 85 %. Перед использованием жидкость следует разбавить водой до 1-5 %-й концентрации. 20...60 % состава эмульсолов представляют эмульгаторы, присадки, связующие агенты, спирты, гликоли, микробиоциды, ингибиторы, а также иные неорганические и органические вещества. В роли эмульгаторов могут выступать поверхностно-активные вещества (ПАВ) и их смеси с натриевыми и калиевыми мылами сульфокислот, смоляных и жирных кислот.
Полусинтетические СОЖ
У них аналогичный состав, если сравнивать с эмульгирующимися СОЖ. В то же время эти 2 вида водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей имеют значительную разницу в соотношении игредиентов.
Основа полусинтетических СОЖ – вода (до 50 % всего состава), а эмульгаторов в жидкости содержится до 40 %. Нефтяное масло с низкой вязкостью добавлется в такие СОЖ в малых пропорциях. Полусинтетические смазочно-охлаждающие жидкости так же, как и эмульгирующиеся могут содержать в своем составе биоциды и присадки. Перед применением их необходимо разбавить водой до 1-10 %-х растворов.
Синтетические СОЖ
Состав таких СОЖ включает в себя антипенные присадки, водорастворимые полимеры, биоциды, ПАВ и ингибиторы коррозии. Чтобы улучшить смазочные характеристики в синтетические СОЖ вводят противозадирные и противоизносные добавки. Синтетические смазочно-охлаждающие жидкости представляют собой порошки или концентрированные водные растворы. При прменении концентрация СОЖ должна быть 1-10 %. Синтетические смазочно-охлаждающие жидкости наиболее универсальны и удобны при эксплуатации и хранении.
кон