Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей, например, может быть использовано для восстановления с упрочнением наружных и внутренних цилиндрических, плоских и сложнопрофильных поверхностей деталей из черных и цветных металлов и сплавов.

Известен способ нанесения покрытий плазменным напылением, включающий создание потока низкотемпературной плазмы, подачу в него порошкообразного материала и напыление его на изделие ламинарным потоком плазмы с углом расширения 0…3° и удельным теплосодержанием 26…30 кВт·ч/м³. [Патент РФ 770260, C23C 4/12, опубл. в БИ №14, 1997].

Недостатком данного способа является то, что для его реализации необходимо сложное дорогостоящее оборудование.

Также известен способ восстановления подшипника скольжения, включающий предварительную механическую обработку изношенной поверхности, нарезание «рваной» резьбы с последующей косым сетчатым накатыванием, газотермическое напыление и последующую механическую обработку. При этом косое сетчатое накатывание ведут до уменьшения внутреннего диаметра подшипника на величину 0,5…1,0 мм от шага рифления с получением на обрабатываемой поверхности элементов в виде «усеченной пирамиды», а напыление осуществляют порошком бронзы ПР-Б83. [Патент РФ 2424888, B23P 6/00, C23C 4/02, B05D 3/12, C23C 4/06, опубл. в БИ №21, 2011].

Однако подшипники скольжения, восстановленные данным способом, обладают низкой износостойкостью. Кроме этого, данным способом наиболее целесообразно восстанавливать внутренние цилиндрические поверхности деталей.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей из алюминиевых сплавов, включающий предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности с использованием корунда, стальной колотой дроби или чугунной крошки, приращение восстанавливаемой поверхности электродуговым напылением, механическую обработку и упрочнение этой поверхности микродуговым оксидированием (МДО) в щелочном электролите с содержанием 1 г/л едкого калия и 6 г/л жидкого стекла при плотности тока 15 А/дм² и продолжительности оксидирования 120 мин. [Патент РФ 2228246, B23P 6/00, опубл. в БИ №13, 2004 - прототип].

Недостатком данного способа является то, что электродуговое напыление не позволяет обеспечить высокие прочность сцепления и физико-механические свойства слоя металла, нанесенного при приращении на восстанавливаемую поверхность детали. Кроме этого высокая пористость напыленного слоя существенно снижает износо- и коррозионную стойкость покрытия, сформированного на нем МДО.

Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных и упрочненных деталей.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, снижение его пористости, а также повышение износо- и коррозионной стойкости покрытия, сформированного МДО.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе восстановления привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей из алюминиевых сплавов, включающем предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности, приращение этой поверхности, механическую обработку и упрочнение восстанавливаемой поверхности микродуговым оксидированием в щелочном электролите, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности проводят, используя кубический нитрид бора марки ЛКВ40 зернистостью 125…150 мкм при давлении сжатого воздуха 0,60…0,65 МПа и дистанции обработки 80…90 мм до шероховатости поверхности R_z=100…110 мкм, приращение восстанавливаемой поверхности осуществляют сверхзвуковым газодинамическим напылением, используя в качестве рабочего газа гелий под давлением 0,40…0,45 МПа, а в качестве напыляемого материала - алюминиевый порошок ПА-4 с размером частиц 110…125 мкм, а микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 2 г/л едкого калия и 8 г/л жидкого стекла при плотности тока 26…27 А/дм² в течение 70…75 мин.

Способ осуществляют следующим образом.

При восстановлении изношенных поверхностей деталей вначале производят их механическую обработку до выведения следов изнашивания. Затем проводят предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности. При этом используют кубический нитрид бора (эльбор) марки ЛКВ40 ГОСТ Р 53922-2010 зернистостью 125…150 мкм, а обработку ведут в специальных камерах (например, типа 02-7112 конструкции ВНИИАвтогенмаш или 026-07.00.000 разработки ВНПО «Ремдеталь») на следующих режимах: давление сжатого воздуха - 0,60…0,65 МПа, дистанция обработки - 80…90 мм, угол наклона струи воздуха с нитридом бора к обрабатываемой поверхности - 80…90°. Участки детали, прилегающие к обрабатываемой поверхности, должны быть защищены специальными экранами. Предварительную подготовку ведут до получения сплошного матового состояния поверхности шероховатостью R_z=100…110 мкм.

После этого на восстанавливаемую поверхность детали наносят слой металла сверхзвуковым газодинамическим напылением. Данную технологическую операцию необходимо производить не позднее, чем через 2 часа после предварительной подготовки поверхности. При напылении используют установку ДИМЕТ-405, разработанную и производимую Обнинским центром порошкового напыления (ОЦПН, г. Обнинск Калужской области). Установка состоит из напылительного блока, блока контроля и управления, устройства подачи порошка и органов управления, смонтированных на монтажной стойке. В качестве рабочего газа при напылении используют гелий ГОСТ 5583, а в качестве напыляемого материала - алюминиевый порошок ПА-4 ГОСТ 6058 с размером частиц 110…125 мкм. Режимы сверхзвукового газодинамического напыления: давление гелия - 0,40…0,45 МПа, температура нагрева гелия в напылительном блоке - 400°С, скорость полета частиц напыляемого материала - 700…720 м/с, дистанция напыления - 10…15 мм.

После напыления производят механическую обработку восстанавливаемой поверхности детали. Ее целесообразно осуществлять точением на следующих режимах: глубина резания - 0,2…0,5 мм, подача - 0,1…0,5 мм/об, скорость резания - 15…16 м/мин. При токарной обработке используют резцы, оснащенные пластинами из твердых сплавов ВК6-М, ВК-8, ВК-10М. Механическую обработку ведут с учетом припуска под покрытие, формируемое МДО.

Далее осуществляют упрочнение восстанавливаемой поверхности детали МДО в щелочном электролите следующего состава: едкий калий - 2 г/л, жидкое стекло - 8 г/л, остальное - дистиллированная вода. Режимы обработки: плотность тока - 26…27 А/дм², продолжительность оксидирования - 70…75 мин, температура электролита - 18…20°С. Толщина упрочненного слоя покрытия, сформированного МДО, составляет 90…100 мкм.

Прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении сверхзвуковым газодинамическим напылением, определяли штифтовым методом на разрывной машине РМ-1000. Пористость и коррозионную стойкость покрытия, сформированного МДО, оценивали в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 9.302 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля». Износостойкость детали с покрытием, сформированным МДО, оценивали по результатам сравнительных ускоренных испытаний на изнашивание. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 23.224 «Обеспечение износостойкости изделий. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей».

Благодаря использованию при напылении в качестве рабочего газа гелия существенно увеличивается скорость движения частиц напыляемого алюминиевого порошка, в результате чего нанесенный при приращении слой металла имеет высокую прочность сцепления и меньшую пористость. Более высокие плотность и физико-механические свойства слоя металла, нанесенного при приращении, обеспечивают увеличение износо- и коррозионной стойкости покрытия, сформированного МДО, а также долговечности восстановленной и упрочненной детали (таблица).

Как видно из таблицы, предлагаемый способ восстановления изношенных деталей позволяет в среднем в 2,5 раза увеличить прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, и в 3,0 раза снизить его пористость, а также на 40% увеличить износостойкость и на 50% - коррозионную стойкость детали с покрытием, сформированным МДО. В результате долговечность восстановленных и упрочненных деталей увеличивается не менее чем на 30%.