Раздел 2.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Методология и методика проведения исследований
Повышение долговечности с обеспечением качества и потребительских свойств
изношенных деталей определяется комплексом технологических операций их
восстановления. К их числу в ремонтном производстве относятся: мойка,
дефектовка, различные методы подготовки деталей к восстановлению (растачивание
и отжиг для снятия напряжений), нанесение компенсирующих покрытий, их
термическая обработка или упрочнение. Выбор методов нанесения покрытий и их
упрочнение определяются условиями эксплуатации, а также соотношением свойств
сопрягаемых деталей.
В данной работе подробно не рассматриваются известные технологические приемы по
дефектовке, мойке, предварительной обработке деталей растачиванием и применении
отжига для снятия напряжений. Они нашли лишь отражение в типовом
технологическом процессе восстановления.
При выполнении данной работы особое внимание уделено вопросам поиска новых
подготовительных технологических операций при нанесении покрытий на детали,
вышедшие из эксплуатации по износу, а также нанесению компенсирующих покрытий,
обеспечивающих специальные требования эксплуатации.
Применение ЭИО для нанесения покрытия на детали машин и оборудование довольно
подробно освещено в литературе, авторских свидетельствах и патентах. При этом
чаще всего процесс изучали на деталях из углеродистых [16, 41, 57, 68] и
низколегированных [19, 23, 57, 68] сталей с низким и средним содержанием
углерода. Восстановление деталей с использованием ЭИО ограничено из-за
небольшой величины (до 1,0мм) наносимого покрытия.
Вместе с тем, ряд деталей имеет величину износа, которая соизмерима с
наращиваемым слоем (детали, работающие в сопряжении). Существует большое
количество деталей машин и оборудования, которые изготовлены из
высокоуглеродистых и легированных сталей, чугунов. Они не могут быть
восстановлены традиционными методами наплавки, так как при восстановлении
разогреваются на большую глубину. Это приводит к потере формы, существенному
изменению структуры в переходном слое и снижению эксплуатационных свойств. В
этом случае наиболее эффективно использование высококонцентрированных
источников энергии. Кроме того, большинство износившихся длинномерных деталей
не могут быть восстановлены традиционными методами наплавки из-за формирования
значительной переходной зоны, снижающей её усталостную прочность.
Для решения проблемы нанесения покрытия на детали из высокоуглеродистых и
легированных сталей (ранее упрочненных методом химико-термической обработки) и
чугунов, методически работа была построена следующим образом. В лабораторных
условиях изучали особенности износа деталей и повреждения поверхностных слоев,
а также оценивали структурообразование и свойства при нанесении покрытий из
различных материалов методом ЭИО и комбинаций методов ЭИО, лазерной и ППД [89 -
92]. На основе полученных результатов исследовали влияние параметров обработки
для промышленного опробования и предложения по созданию специализированного
участка восстановления деталей.
При проведении исследований изучали влияние различных параметров обработки на
физико-механические свойства и износостойкость сформировавшихся слоев при ЭИО.
Оценивали фазовый состав, распределение элементов, поведение высокоуглеродистых
фаз – цементита и графита при обработке по различным режимам и при изменяющемся
числе проходов электрода.
Степень сплошности покрытия и его структуру оценивали с использованием
оптической микроскопии при увеличениях ґ100-1000 раз и расчетным методом.
Анализировали шлифы в различном сечении покрытия: поперечном, на поверхности и
на косом срезе.
Для изучения тонкой структуры использовали метод вакуумного травления при
температуре 6500С и остаточном давлении в камере высокотемпературного
микроскопа 13,3ґ10?3Па. Для исследований использовали образцы размером 3ґ4ґ8мм,
а также после испытания на износ.
Электронно-микроскопические исследования проводили методом угольных отпечатков.
Изучение фазового состава слоя проводили рентгеновским методом на установке
УРС–55 и анализом карбидной фазы путем ее изолирования с последующим изучением
химическим и рентгеновским методами.
При электроискровой обработке перенос вещества с анода на катод происходит в
жидкой, твердой и парообразной фазах. Этот перенос определяется электрическими
параметрами электроискрового разряда.
При разработке технологии нанесения покрытия и управления процессом получения
заданного химического состава такого слоя необходима постоянная информация,
которая может быть получена на основе метода спектрального анализа [91, 92]. В
работе провели исследования по оценке возможности применения метода
эмиссионного спектрального анализа для изучения и контроля процесса ЭИО.
Для изучения спектров использовали спектрограф марки ИСП–28. Спектры
фотографировали на фотопластинки. Обработку пластин выполняли в стандартных
растворах. Фотометрировали с помощью шнель-фотометра. Предварительно проверяли
униполярность поступления элементов в зону искрового разряда при работе с
униполярным машинным генератором. Фотографировали спектры разряда между
электродами из наносимого (легирующего) сплава – феррохрома или Т15К6 и
образцом из стали 40Х. Одновременно проводили качественный анализ при различной
полярности образца и электрода. В эксперименте оценивали сравнительное
количество каждого элемента, поступающего в зону разряда по почернениям
спектральных линий. Результаты анализа приведены в табл. 2.1. При проведении
исследований в качестче электродов использовали наиболее деш
- Київ+380960830922