• Главная
/
• Технологии компании «Плазмацентр»
/
• Применение технологий
/
• Повышение долговечности деталей при абразивном износе

Повышение стойкости деталей при абразивном износе

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА состоит в нанесении абразивостойкого покрытия из порошкового материала на изнашиваемую поверхность деталей с использованием ручного или механизированного плазмотрона, обеспечивающего режим работы двух дуг (пилотной и основной) для гибкого регулирования ввода тепла в порошок и изделие.

ЦЕЛЬ ПРОЦЕССА - изготовление новых или восстановление изношенных деталей и изделий с абразиво - и коррозионностойкими свойствами поверхности за счёт нанесения покрытия, обладающего высокой долговечностью и надёжностью в условиях абразивного изнашивания при умеренных ударных нагрузках и максимальной рабочей температуре не превышающей 600 оС. Покрытие предназначено для нанесения на детали из углеродистых и легированных сталей, а также чугуна.

ЭФФЕКТ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССА зависит от конкретного использования материала, технологии и оборудования.

• Высокая износостойкость в условиях абразивного изнашивания предопределяет наличие в структуре наплавленного слоя карбидов тугоплавких металлов. Получение карбидной фазы, в основном, возможно двумя путями: за счёт раздельного легирования карбидообразующими элементами и углеродом наплавленного металла или за счёт комплексного легирования, когда в покрытие вводят готовые карбидные соединения. Второй способ позволяет значительно упростить регулирование структуры наплавленного металла и, тем самым, получить максимально эффективный рабочий слой. К лидирующему классу абразивостойких материалов относятся композиционные износостойкие сплавы, содержащие карбиды вольфрама, заключённые в вязкой и трещиностойкой матрице на основе кобальта и никеля. При использовании таких материалов эксплуатационная нагрузка действует в основном на включения твёрдой фазы, а в упругопластичной матрице происходит релаксация напряжений. Используемый матричный сплав на основе никеля, хрома, бора и кремния сам по себе является износостойким материалом, состоящим из твёрдого раствора на основе никеля (HV 1500-2400), никелевой эвтектики (HV 565-820), карбидов хрома (HV 1080-1450), боридов хрома и никеля (HV 1500-2400) и соединений типа карбоборидов (HV 2800-3800). Этот сплав имеет повышенную прочность (временное сопротивление sв не менее 400 МПа), более низкую температуру плавления, чем основной металл (1020-1100 оС), обладает прекрасной текучестью, способностью удерживать частицы твёрдой фазы, высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей и других активных веществ. Наличие в его составе таких элементов-раскислителей, как бор и кремний способствует самофлюсованию (при плавлении они связывают кислород, образуя боросиликатные шлаки B2O3 * SiO2, легко всплывающие на поверхность покрытия) и хорошей смачиваемости поверхности. В качестве основного карбидного соединения наплавленного материала выбран вторичный сплав WC-6%Co, используемый в виде порошка, полученного размолом и рассевом отходов металлообрабатывающих режущих твердосплавных пластин типа ВК6. Данный сплав обладает наилучшим комплексом физико-механических свойств, характеризующих повышенную абразивную стойкость, за счет высоких предела прочности при сжатии (не менее 5500 МПа) и предела прочности при изгибе (не менее 1800 МПа), а также твёрдости (не менее HV 2000). Существуют более твёрдые материалы, например, алмаз, карбид бора, карбид кремния, но они имеют более низкие прочностные характеристики. Преимуществом использования такого материала для покрытия является возможность оптимального выбора его процентного содержания в матричном сплаве и величины зерна в зависимости от условий абразивного износа (в отдельных случаях применяется специальная комбинация мелкозернистого и крупнозернистого сплава данного состава).
• Процесс плазменной наплавки-напыления обладает характерными особенностями, свойственными только этому методу. Основное отличие заключается в том, что наносимый порошковый материал по мере его движения к поверхности изделия воспринимает действие двух независимых друг от друга дуг - пилотной и основной. Пилотная дуга способствует предварительному подогреву порошкового материала и направленному его движению, а основная дуга - активирует поверхность, на которую будет наноситься покрытие, и расплавляет низкотемпературную матрицу композиционного порошкового материала. Регулирование теплового потока, необходимого для оплавления основного металла осуществляется за счёт основной дуги. Основными преимуществами этого метода являются: гибкость регулирования тепловложения как в основной металл, так и в наплавляемый материал; минимальная зона термического влияния; высокая плотность и прочность наплавленного металла; снижение деформаций изделий; высокая производительность; удобство нанесения покрытий. Оптимальный выбор технологических режимов процесса плазменной наплавки-напыления обеспечивает минимальное перемешивание наплавляемого материала с основным металлом, практически, с нулевой глубиной проплавления (что позволяет при однослойной наплавке обеспечить заданный состав даже тонкого слоя покрытия), а также - минимальную окисляемость наплавляемого материала за счёт специальной инертно-восстановительной защитной среды.
• Для реализации дополнительных преимуществ процесса плазменной наплавки-напыления используется специальное оборудование. Известно, что для получения данным методом покрытий повышенного качества в зарубежных аналогах оборудования в качестве защитного и транспортирующего газов используется смесь аргона с 5-7% водорода, что обеспечивает восстановительную защитную атмосферу. В разработанном и используемом оборудовании вместо дефицитной и неудобной в применении готовой аргоно-водородной смеси, в качестве защитного и транспортирующего газов применяется образующаяся непосредственно в установке смесь аргона с парами жидкого технологического препарата. Такая газовая смесь, помимо других преимуществ, уменьшает пористость покрытия, благодаря наличию дозированного количества водорода. Наличие в смеси углерода обеспечивает сохранение содержания углерода в наплавленном металле или даже возможность увеличения его содержания. Добавка паров технологического препарата улучшает внешний вид поверхности, делая её чистой, гладкой, с плавными переходами, как при автоматическом, так и при ручном ведении процесса.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА состоит из совмещенных двух источников питания (на ток до 300 ампер), блока аппаратуры, порошкового питателя и малогабаритного плазмотрона, рассчитанного на ручное или механизированное ведение процесса.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС проводится на стационарном сварочном посту и включает в себя (например, при восстановлении изношенных поверхностей) операции предварительной очистки, проверки поверхности на наличие дефектов и непосредственно - нанесения покрытия путём взаимного перемещения плазмотрона или изделия. В качестве рабочего газа используется аргон (необходимые газовые смеси готовятся непосредственно в установке). При необходимости проводится предварительный и сопутствующий подогрев изделия.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА осуществляется визуально и специальными методами на отсутствие недопустимых дефектов в соответствие с требованиями чертежа. Производится также контроль материалов и параметров режима.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССА определяются использованием сварочных источников нагрева и соответствуют условиям проведения сварочных и наплавочных работ.

ПРИМЕРЫ ДЕТАЛЕЙ, рекомендуемых для упрочнения и восстановления с использованием данной технологии:

• шинное производство - шипы для автопокрышек;
• цементная промышленность - детали молотковых и щеповых дробилок, ролики и цепи элеваторов, лопасти смесителей и шнеки пневмовинтовых насосов, бороны и зубья болтушек, винты насосов;
• производство огнеупорных материалов - пуансоны для прессования керамических изделий, детали размольного оборудования и смесителей;
• производство полимерных изделий - червяки экструдеров;
• путеремонтная техника - лопатки подбоек путеремонтных машин, рыхлители, подрезные ножи щебнеочистительных планировочных машин;
• сельскохозяйственная техника - лемеха, лапы культиваторов, измельчители, диски;
• пищевая промышленность - масловыжимные шнеки, винты гидравлических прессов;
• нефтяная промышленность - стабилизаторы колонн буровых штанг (бурильных труб), замки и муфты бурильных труб;
• жилищно-коммунальное хозяйство - шнеки центрифуг станций аэрации;
• дорожно-строительная техника - шнековые буры для установки столбов, зубья экскаваторов, детали грунтовых насосов и бетономешалок, пальцы траншейнеройных машин;
• литейное производство - скребки для очистки днища и стенок смесителей песка;
• асфальтобетонное производство - лопасти, стойки, сектора мешалок асфальтобетонных смесителей;
• горнодобывающая промышленность - шарошки буровых долот;
• стекольное производство - отрезные ножи, детали стеклодробилок и стеклобойного пресса;
• деревообрабатывающая промышленность - ножи для корообдирки и др.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА. По сравнению с аналогами - наплавкой твердых сплавов в струе атомарного водорода, электродуговой, индукционной, газопорошковой и традиционной плазменно-дуговой наплавкой - процесс плазменной наплавки-напыления (ПНН) композиционных покрытий на основе карбидов вольфрама имеет преимущества:

• в отличие от наплавки твёрдых сплавов в струе атомарного водорода, где имеет место интенсивное выгорание углерода (доходящее в некоторых случаях до 50%) и значительный расход вольфрамовых электродов, при процессе ПНН наоборот - возможно насыщение углеродом, а расход вольфрамовых электродов даже меньше, чем при аргонодуговой сварке;
• по сравнению с электродуговыми процессами наплавки с использованием трубчатых электродов, электродов со специальной обмазкой, порошковой проволоки (где, как правило, происходит значительный перегрев металла основы и наплавляемого материала и, как следствие - выгорание карбидной фазы и её окисление) процесс ПНН обеспечивает значительно более высокое качество и абразивную стойкость наносимых покрытий;
• в отличие от индукционной наплавки, где применяется порошкообразная шихта, предварительно уложенная на наплавляемую поверхность, процесс ПНН может обеспечить нанесение покрытия на негоризонтальную поверхность, на кромку, на компактные поверхности, включая труднодоступные; при этом обеспечивается более высокое качество наплавленного слоя;
• по сравнению с газопорошковой наплавкой, где требуется предварительный подогрев всей детали до температуры 250-300 оС, при ПНН возможно наносить покрытие на холодную основу и со значительно более высокой производительностью;
• в отличие от традиционной плазменно-дуговой наплавки, где деталь обычно нагревается до температуры плавления (что ведёт к проплавлению основного металла и его перемешиванию с наплавляемым материалом), процесс ПНН обеспечивает более гибкое тепловое регулирование; кроме того, при плазменно-дуговой наплавке происходит частичное разложение карбида вольфрама на углерод и вольфрам, растворение которых в матрице сопровождается образованием двойных карбидов вольфрама и железа, вызывающих снижение вязкости наплавленного металла; при ПНН возможны режимы с минимальным нагревом зёрен и отсутствием разложения карбида вольфрама.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА определяется:

• многократным повышением долговечности и надёжности изделий, детали которых работают в условиях абразивного воздействия;
• сокращением затрат на изготовление запасных деталей, на ремонт и потери от простоя агрегатов;
• сокращением затрат на заточные операции за счёт создания наплавленных самозатачивающихся деталей.