Организация ремонта строительнодорожных машин
 Скачать 4.41 Mb.
|
|
Пористое хромирование. Обычные хромовые покрытия плохо сма- чиваются маслами и прирабатываются. Для повышения износостойкости деталей, работающих при больших давлениях и температуре, недостаточ- ном количестве смазочного материала, применяют пористое хромирова- ние. Пористый хром представляет собой покрытие, на поверхности кото- рого специально создается большое количество пор или сетка трещин, достаточно широких для проникновения и удержания в них масла. Порис- тые покрытия можно получить механическим, химическим и электрохи- мическим способами. Наиболее широко применяется электрохимический способ. Сущность электрохимического пористого хромирования заключает- ся в растравливании микроскопических трещин, образующихся в покры- тиях хрома в процессе электролиза. Размеры трещин и, следовательно, их маслоемкость можно увеличить в процессе анодного травления хромовых покрытий в электролите для хромирования. Различают канальчатый и точечный пористый хром. Канальчатый хром получают в результате анодного травления молочных и молочно– блестящих хромовых покрытий. Канальчатый вид пористости характери- зуется редкой сеткой трещин, заметной невооруженным глазом. Точечный вид пористости напоминает поверхность мягкой стали, подвергнутой пес- коструйной обработке. На покрытии под микроскопом видны многочис- ленные светлые точки. На анодное травление оставляют припуск 0,01...0,02 мм на диаметр. Как правило, поверхность пористого хрома хонингуется или подвергается тонкому шлифованию. Покрытые пористым хромом детали обычно под- вергаются термообработке в масле при температуре 150...200 °С в течение 1,5...2 ч. для устранения водородной хрупкости и заполнения пор маслом. 169 Хромирование в саморегулирующемся электролите. Основными недостатками сернокислых электролитов (графы 1. 2. 3 см. табл. 6.1) яв- ляются необходимость корректировки состава из–за изменения соотноше- ния количества компонентов, входящих в эти электролиты, малые значе- ния выхода хрома по току. Эти недостатки устраняются использованием саморегулирующихся электролитов (Таб. 6.2). Таблица 6.2 Электролиты и режимы получения пористого хрома Условия электролиза и анодного травления Канальчатый хром Точечный хром Состав электролита, г/л Параметры режима: хромирования травления CrO 3 – 250 H 2 SO 4 – 2,0 Cr 2 O 3 – 3…5 D k = 50 А/дм 2 t = 58…60 ºС D а = 40 А/дм 2 t = 58…60 ºС Т а = 6…8 мин CrO 3 – 250 H 2 SO 4 – 2,5 Cr 2 O 3 – 3…5 D k = 45 А/дм 2 t = 50 ºС D а = 40 А/дм 2 t = 50 ºС Т а = 10…12 мин Электролит 4 (см. табл. 6.1) представляет собой водный раствор хромовой кислоты, содержащей кремнефтористый калий К 2 SiF 6 и серно- кислый стронций SгSО 4 . Эти соли вводят в раствор в количестве, превы- шающем их растворимость, поэтому они находятся в избытке на дне ван- ны в виде осадка. При изменении концентрации СгО 3 происходит раство- рение или увеличение избытка солей. При этом автоматически поддержи- вается постоянное соотношение между СгО 3 и К 2 SiF 6 , а также SгSО 4 , что обеспечивает постоянный состав электролита. К достоинствам такого электролита по сравнению с сульфатными относятся: стабильность состава, что уменьшает частоту его корректиров- ки; меньшее влияние колебаний температуры электролита и плотности тока на внешний вид покрытий и выход хрома по току (допускается коле- бание температуры ±5°С); хорошая рассеивающая способность и более высокие свойства покрытий; более высокий выход хрома по току, что по- зволяет в 1,3...1,5 раза увеличить производительность хромирования. От- рицательными свойствами этого электролита являются его сложность по составу, чувствительность к хлоридам, токсичность, агрессивность. По- следний недостаток приводит к тому, что участки деталей, которые не должны покрываться хромом (вследствие низкой плотности тока на них, 170 экранирования и т.д.), растворяются в электролите, даже если они катодно поляризованы. В связи с этим усложняется защита нехромируемых по- верхностей деталей. Вместо свинцово–сурьмяных анодов при хромирова- нии в этом электролите необходимо применять свинцово–оловянные ано- ды, содержащие 6...10% олова. Саморегулирующийся электролит 6 перспективен. Его преимущест- ва – высокий выход хрома по току (35...40%) и скорость осаждения хрома (0,18...0,5 мм/ч), примерно в 10 раз превышающая скорость осаждения из обычных электролитов, при хорошем качестве покрытий. Однако для под- держания температуры электролита 18...25 °С при высокой плотности то- ка (до 300 А/дм 2 ) необходим мощный холодильный агрегат. Хромирование в тетрахроматном электролите. Электролит 5 (см. табл. 6.1) отличается от описанных выше тем, что большая часть хро- мовой кислоты нейтрализуется щелочью, образуя тетрахромат натрия (Nа 2 О · 4СгО 3 ). Поэтому он не агрессивен. Процесс хромирования ведут в стальных ваннах без футеровки. Температура электролита не должна пре- вышать 25 °С, потому что при более высокой температуре тетрахромат разлагается. Так как температура электролита может повыситься в резуль- тате прохождения тока, то в конструкции ванны должно быть предусмот- рено охлаждение. Высокая плотность тока и низкая температура электро- лита обеспечивают высокий выход по току, в результате чего скорость осаждения хрома примерно вдвое выше, чем у электролитов 1...4. Элек- тролит 5 обладает более высокой, чем остальные, кроющей способностью. Покрытия получаются пластичными, более мягкими (как никелевые) и менее напряженными, с малой пористостью. Эти покрытия толщиной 8...10 мкм защищают детали от коррозии. Их применяют для деталей про- стой формы в качестве защитных или защитно-декоративных вместо мно- гослойного покрытия «медь – никель – хром». Вследствие низкой твердости хромового покрытия его не следует при- менять для износостойкого хромирования при восстановлении деталей. 6.4. Железнение Железнением называется процесс получения твердых износостойких железных покрытий из электролитов. Этот процесс используется в ремонт- ном производстве для компенсации износа поверхностей деталей. Однако он может использоваться для исправления брака механической обработки, упрочнения рабочих поверхностей деталей из малоуглеродистой и средне- углеродистой стали, не прошедших термическую обработку, покрытия пла- стинок твердого сплава для облегчения припайки их к резцам. 171 Химический состав электролитического железа зависит от состава исходных материалов, применяемых при электролизе. В обычных услови- ях электролиза с применением растворимых анодов железо осаждается с большим количеством примесей и по химическому составу напоминает малоуглеродистую сталь. Физико-химические свойства железных покры- тий характеризуются следующими показателями: мелкокристаллическая структура, плотность 7,8 г/см 3 , температура плавления 1535 °С, коэффици- ент линейного расширения 11,9 • 10 –6 град –1 , предел прочности неото- жженного железа 735...776 МПа, относительное удлинение 10...50 %, мик- ротвердость 1600...7 800 МПа в зависимости от условий электролиза. Ос- новные физико-механические и связанные с ним эксплуатационные свой- ства железных покрытий (структура, твердость, пластичность, износо- стойкость, внешний вид) изменяются в широких пределах в зависимости от условий электролиза. Износостойкость деталей, восстановленных твердым (4000...6000 МПа) электролитическим железом, не уступает износостойкости новых деталей. Таким образом, твердое электролитическое железо по химиче- скому составу напоминает малоуглеродистую сталь, а по некоторым свой- ствам (твердость, прочность, износостойкость, коррозионная стойкость) – среднеуглеродистую сталь. Процесс обладает следующими технико–экономическими показате- лями: исходные материалы и аноды недефицитны и дешевы; высокий вы- ход металла по току (85...95%); высокая производительность – скорость осаждения железа 0,2...0,5 мм/ч; толщина твердого покрытия может дости- гать 0,8...1,2 мм; возможность в широких пределах регулировать свойства покрытий (микротвердость 1600...7800 МПа) в зависимости от их назначе- ния обуславливает универсальность процесса; достаточно высокая износо- стойкость покрытий, приближающаяся к износостойкости закаленной ста- ли; покрытия хорошо хромируются, что позволяет при необходимости по- вышать износостойкость деталей нанесением более дешевого, чем хромо- вое, комбинированного двухслойного покрытия «железо + хром»; себе- стоимость восстановления деталей железнением составляет примерно 30...50% стоимости новых деталей при равной износостойкости. При железнении, как и при других электролитических процессах, состав и свойства покрытия зависят от состава электролита и режимов на- ращивания. По составу электролиты разделяют на хлористые, сернокислые и смешанные (сульфатно–хлористые). Для улучшения электропроводности электролита в него вводят соли натрия, калия, кальция и марганца. Ста- бильность электролита повышают введением в электролит буферирующих и противоокисляющих добавок, в качестве которых используют, напри- мер, аскорбиновую кислоту. 172 Параметры режимов железнения Электролит (см. Таб. 6.1) Температура электролита, ºС Плотность тока, А/дм 2 Выход по току, % Кислотность, рН 1 2 3 4 5 6 70…80 70…80 70…80 95…98 20…50 30…50 20…40 20…50 20…60 10…15 10…30 20…25 85…92 85…95 85…95 90 85…92 85…92 0,8…1,2 0,8…1.2 0,8…1,5 –– 0,5…1,3 0,6…1,2 В ремонтном производстве наиболее часто применяют хлористые электролиты. Сернокислые электролиты по сравнению с хлористыми об- ладают меньшей химической агрессивностью и окисляемостью. Однако они уступают хлористым электролитам по производительности, качеству получаемых покрытий и другим показателям. По температурному режиму электролиты разделяются на горячие и холодные. Первые характеризуются высокой температурой (60...90 °С), позволяющей проводить железнение при большой плотности тока и высо- кой производительности процесса. Вторые (электролиз ведется без нагре- вания) в большинстве допускают применение малых плотностей тока и поэтому малопроизводительны. В табл. 6.3. приведены наиболее распро- страненные электролиты. Таблица 6.3 Состав электролитов Содержание компонентов, г/л, в электролитах Компонент электролита 1 2 3 4 5 6 Хлористое железо Сернокислое железо Хлористый натрий Аскорбино- вая кислота Соляная ки- слота 200…250 –– 100 –– –– 300…350 –– –– –– –– 600…680 –– –– –– –– –– 300 150 –– 0,4…0,7 400…600 –– –– 0,5…2,0 –– 150…200 200 –– –– –– 173 Процесс покрытия электролитическим железом обычно осуществля- ется с использованием растворимых анодов из малоуглеродистой стали 08 или 10. При растворении анодов образуется шлам, поэтому во избежание загрязнения электролита аноды помещают в чехлы из стеклоткани. В слу- чае наращивания железного покрытия с применением нерастворимых (угольных) анодов возникает необходимость систематического корректи- рования состава электролита по мере его истощения. Электролит 1 позволяет получать плотные и гладкие покрытия твер- достью до 6500 МПа и толщиной до 1,0... 1,2 мм. Электролит 2 обладает оптимальной концентрацией, не изменяемой при длительной работе ван- ны, и по своим показателям близок к электролиту 1 (применяется чаще, чем электролит 1). Высококонцентрированный электролит 3 позволяет получать высо- кокачественные покрытия толщиной до 3 мм. Этот электролит обычно применяют при нанесении покрытий на внутренние поверхности при вне- ванном железнении. Электролиты 1 и 3 нестабильны по составу. Концентрация железа в электролите 1 постепенно увеличивается, а в электролите 3 уменьшается, стремясь к оптимальному значению, что вызывает определенные затруд- нения при эксплуатации ванны. Электролит 4 в ремонтной практике не применяют. Наличие в элек- тролите 5 аскорбиновой кислоты предотвращает его окисление и образо- вание гидроокиси железа, в результате чего возможно получение высоко- качественных покрытий при низкой температуре и достаточно высокой плотности тока. Холодный сульфатно–хлористый электролит 6 обладает достоинст- вами хлористых и сернокислых электролитов: менее агрессивен и более устойчив к окислению, чем хлористые, и позволяет получать покрытия хорошего качества с высокой производительностью. Этот электролит на- ходит применение в ремонтном производстве. Схема типового технологического процесса электролитического же- лезнения представлена в табл. 6.4. Таблица 6.4 Схема технологического процесса железнения Операция Последовательность операций в вариантах Очистка деталей от грязи и масла 1 Обработка механическая (2) Промывка органическим растворителем (бензин, керосин и др.) 3 Сушка 4 174 Окончание табл. 6.4 Операция Последовательность операций в вариантах Очистка покрываемых поверхностей (5) Изоляция поверхностей, неподлежащих покрытию, и монтаж деталей на подвес- ные приспособления 6 Обезжиривание деталей 7 Промывка горячей водой (70…80 ºС) 8 Промывка холодной водой 9 Травление анодное в электролите желез- нения - Промывка холодной водой - Обработка анодная в 30 %-м растворе серной кислоты 10 Промывка холодной водой 11 Промывка – прогрев теплой водой (50…60 ºС) 12 Железнение 13 Промывка горячей водой (70…80 ºС) 14 Нейтрализация 15 Промывка горячей водой (70…80 ºС) 16 Демонтаж деталей с подвесок и снятие изоляции 17 Контроль качества покрытий 18 Обработка механическая 19 Консервация деталей (20) Примечание. Цифры в скобках означают, что данные операции выполняют в за- висимости от конкретных условий. В ремонтной практике применяют два варианта технологического процесса железнения, отличающихся друг от друга способами травления. Изношенные детали очищают от загрязнений. Механическую обработку перед железнением допускается заменить зачисткой изношенной поверх- ности наждачным полотном в случае ее равномерного и незначительного износа, отсутствия глубоких рисок, забоин, задиров. Подготовительные операции (обезжиривание, изоляция поверхностей, не подлежащих по- крытию, монтаж деталей на подвесные приспособления) проводят так, как это описано выше. Промывка – прогрев деталей теплой водой (50...60 °С) в течение от 0,5 до 5 мин проводится с целью создания благоприятного теплового ре- 175 жима в начальный период железнения. Подогретые в теплой воде детали быстро переносят в ванну железнения для того, чтобы на восстанавливае- мой поверхности не успела высохнуть водяная пленка. Приведенная в табл. 3.7 последовательность выполнения операций подготовки может из- меняться в зависимости от конструкции восстанавливаемых деталей и под- весных приспособлений. Так, при нанесении железных покрытий на внут- ренние поверхности деталей их обезжиривают обычно до монтажа на под- весное приспособление. Для обеспечения высокой прочности сцепления покрытия с поверх- ностью детали необходимо, чтобы пассивная пленка, образовавшаяся при анодном травлении, была разрушена непосредственно перед железнением. Активирование поверхности происходит при выполнении переходов «вы- держка без тока» и «вывод на заданный режим» (разгон). После анодного травления и промывки деталь (детали) прикрепляют к катодной штанге ванны и выдерживают без тока в течение 10...60 с. За это время темпера- тура поверхности детали сравнивается с температурой электролита, и по- верхность частично активируется ионами хлора и водорода из электроли- та. После выдержки деталей без тока включают ток плотностью 2...5 А/дм 2 и проводят электролиз в течение 0,5...1,0 мин, а затем в течение 5...10 мин. увеличивают постепенно катодную плотность тока до заданного значения. Низкая плотность тока в начале электролиза и постепенное ее повышение обеспечивают осаждение мягкого подслоя железа с небольшими внутрен- ними напряжениями. Это способствует получению высокой прочности сцепления покрытия с деталью. При выборе параметров режима железнения следует иметь в виду, что чем выше катодная плотность тока, тем больше скорость осаждения железа и производительность процесса; чем ниже температура и концен- трация электролита и выше плотность тока, тем больше твердость желез- ных покрытий и меньше их максимально достижимая толщина; чем выше температура и концентрация электролита, тем большую плотность тока можно допустить без ущерба для качества покрытий. При железнении необходимо выдерживать заданную кислотность электролита, так как ее снижение приводит к резкому ухудшению сцеп- ляемости покрытия. Повышение кислотности электролита не ухудшает ка- чества покрытия, но снижает выход железа по току. Усталостная прочность деталей, восстановленных железнением, сни- жается. Это снижение усталостной прочности при нанесении покрытия тол- щиной 0,75 мм на образцы из нормализованной стали 45 в зависимости от режима электролиза достигает 10...30%. Причиной снижения усталостной прочности являются растягивающие внутренние напряжения в покрытии. 176 Для повышения качества покрытий и интенсификации процесса же- лезнения применяют нестационарные электрические режимы. В электри- ческих схемах установок для железнения используют переменный ток, в результате чего обеспечивается подача в межэлектродное пространство в течение одного периода двух импульсов тока – катодного и анодного. Им- пульс анодного тока разрушает прикатодную пленку, богатую вредными включениями и имеющую пониженную концентрацию ионов двухвалент- ного железа. В связи с этим снижается поляризация электродов и умень- шается количество инородных включений в покрытии, т.е. улучшается его качество. Снижение поляризации электродов позволяет увеличить плот- ность тока и таким образом повысить производительность процесса. Кро- ме того, анодная составляющая тока при растворении металла покрытия снимает его, прежде всего, с выступающих частей, что повышает равно- мерность покрытия по толщине. Нанесение покрытия при железнении проводится в стальных ваннах, внутренняя поверхность которых должна быть покрыта кислотостойким материалом. В качестве футеровки для ванн применяют графитовые плит- ки, пропитанные смолой, теплостойкость, кислотостойкость и теплопро- водность материала которых позволяют производить внешнее нагревание электролита в таких ваннах через водяную «рубашку». Ванны для желез- нения иногда изготавливаются из фаолита, обладающего высокой кисло- тостойкостью, но имеющего плохую теплопроводность. Нагревание элек- тролита в таких ваннах необходимо выполнять нагревателями, помещен- ными в электролит. Нагреватели конструктивно выполняются в виде змее- виков из титана, свинца или освинцованной стали. Проведение железнения в ваннах затрудняет его применение при восстановлении изношенных поверхностей крупногабаритных деталей. Поэтому в ремонтной практике получил применение процесс вневанново- го проточного железнения, при котором электронасосом прокачивают че- рез электролизную ячейку, образованную восстанавливаемой поверхно- стью детали и уплотнениями. Внутри восстанавливаемой поверхности ус- танавливается анод (рис. 6.2). Проточное вневанное железнение не только расширяет номенклату- ру восстанавливаемых деталей, но и повышает производительность про- цесса и улучшает качество покрытия. После завершения процесса железнения покрытие подлежит меха- нической обработке. Припуск на механическую обработку после железне- ния зависит от режима электролиза и толщины покрытия, конфигурации и размера детали. Ориентировочно припуски на механическую обработку принимают равными: 0,1...0,2 мм на шлифование и 0,2...0,3 мм на токар- ную обработку. |