Детали подлежащие восстановлению. Дефекты деталей

Среди способов восстановления деталей наибольшее распространение получил способ наплавки. Этот способ дает возможность сравнительно быстро получить слой наплавленного металла значительной толщины, что особо важно при восстановлении деталей с высокой степенью износа. Способ экономичен, относительно прост, дает возможность изменять химсостав наплавленного металла за счет легирования его с помощью электродной проволоки, флюса, электродного покрытия, увеличивать твердость металла и его износостойкость без дополнительной закалки. Для выполнения работ требуется дешевое и несложное оборудование. Наплавку применяют сейчас для восстановления самых ответственных деталей машин и механизмов.

При наплавке необходимо решать ряд сложных вопросов: выбор материала, обеспечивающего соответствующие условиям эксплуатации свойства; возможность наплавки этого материала непосредственно на основной металл или подбор материала для наплавки подслоя; выбор способа и режима наплавки, формы и методов изготовления наплавленных материалов; выбор термического режима выполнения наплавки (подогрев или охлаждение); установление необходимости последующей термообработки. Во многом все эти параметры зависят от условий работы детали и характеристик контактируемых поверхностей или контакта поверхности детали и среды.

Классификация восстанавливаемых изделий по условиям их работы

В зависимости от условий службы наплавляемые детали можно разбить на несколько групп.

1. Детали, работающие в условиях трения металла о металл. К этой группе обычно относят крановые колеса и колеса локомотивов, детали гусеничных тракторов, автомобильные сцепки и шкворни, оси, валы, шпиндели, зубчатые колеса и шестерни и т. д. Износ деталей происходит при больших контактных напряжениях. Наплавка этой группы деталей производится в основном для восстановления первоначальных их размеров без значительного повышения износостойкости, так как большая твердость одной контактной поверхности может вызвать повышенный износ другой. Для наплавки используют обычно низкоуглеродистые и низколегированные стали, содержащие не более 5 % легирующих элементов (08Г, 08ГС, 15Г2С, 18Г4 и т. д.).
2. Детали и инструменты, работающие в условиях абразивного износа при нормальных температурах. Это детали сельскохозяйственной техники (лемеха плугов, лапки культиваторов, зубья бороны), детали строительно-дорожных машин, размольного оборудования, буровые долота, зубья дробилок, шнеки для перемещения сыпучих материалов и т. д.Наибольшую стойкость против абразивного износа имеют сплавы, имеющие в своей структуре большое количество карбидов металлов. Поэтому для наплавки выбирают присадочный металл, легированный хромом и марганцем в сочетании с повышенным количеством углерода. Например: стальУ25Х28, У35Х7Г7, У30Х28Г2С.
3. Детали, эксплуатирующиеся в условиях абразивного износа с ударными нагрузками. Представителями этой группы могут быть ролики рольгангов, ножи бульдозеров, зубья ковшей экскаваторов, детали дробилок, автомобильные рессоры, наконечники отбойных молотков и т. д. Такие детали наплавляют высокохромистыми сплавами с более низким содержанием углерода, например, в качестве наплавочного материала используют сталь Х12, Х19М, Х13Н4. Такие стали в основном относятся к ледебуритным сплавам. Наплавленный слой сталью типа Х12 обладает высокой твердостью, исключительной износостойкостью. Вместе с тем сталь этой группы имеет невысокую стоимость. Отлично сопротивляются ударно-абразивному износу высокомарганцевые, аустенитные стали типа Г13.
4. Детали и инструменты, работающие на термическую усталость и абразивный износ при повышенных температурах. К деталям этой группы относят прокатные валки, ножи блюминга, прессовый инструмент для горячей штамповки, керны для захвата слитков, металлургическое оборудование и т. д. Наплавленный металл должен обладать высокой твердостью, износостойкостью и в то же время удовлетворительной вязкостью во избежание сколов при эксплуатации. Эти свойства достигаются за счет легирования металла наплавки хромом и вольфрамом. Лучшей износостойкостью обладают хромовольфрамовые стали типа 3Х2В8.
5. Детали, работающие в условиях коррозии и эрозии, сочетающихся с абразивным износом при повышенных температурах. Это уплотнительные поверхности арматуры для пара высокого давления (задвижки, вентили), крыльчатки, шестерни и плунжеры насосов для перекачки агрессивных жидкостей, детали, работающие в морской воде, лопасти гидротурбин и парогенераторов и т. д. Для наплавки применяют высокохромистые сплавы 1Х13, 1Х25Н4Т и хромоникелевые аустенитные 0Х18Н9, 1Х18Н9Т. Детали, работающие в условиях абразивного износа, сопровождаются эрозией при температурах до 800°, рекомендуется наплавлять твердыми сплавами типа «Стеллит», т. е. сплавами на основе кобальта, легированными вольфрамом, титаном и углеродом. К таким деталям относятся клапаны двигателей внутреннего сгорания, поверхности «седла» клапана головки блока ДВС.
6. Детали подшипников, подпятников и других узлов трения скольжения. Детали этой группы должны обладать высокими антифрикционными свойствами, т. е. поверхность должна иметь низкий коэффициент трения. Хорошими антифрикционными свойствами обладают сплавы на основе меди, а также некоторые сорта чугуна и неметаллические материалы (фторопласт). Например, алюминиево-железистые бронзы применяются при наплавке заготовок червячных шестерен, кулачков и других деталей, работающих в условиях трения скольжения. Оловянисто-фосфористые бронзы, оловянистые и свинцовистые баббиты используются для наплавки вкладышей крупных подшипников, например вкладышей судовых дизельных двигателей.
7. Металлорежущий инструмент. Основные требования к металлу, наплавляемому на рабочие кромки режущего инструмента: высокая твердость, износостойкость, красностойкость и удовлетворительная вязкость. Такие свойства достигаются при легировании металла ванадием, молибденом, вольфрамом. Обычно для наплавки применяют быстрорежущие стали типа Р18, Р9, Р13К3 и РВ6М5.

Классификация дефектов деталей

С целью правильного выбора технологического процесса восстановления деталей необходимо четко классифицировать имеющиеся дефекты изделий.

Дефект – каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. Различают следующие группы дефектов, относящихся к деталям в целом:

• трещины – образуются в результате воздействия значительных

местных нагрузок, ударов и перенапряжений, а также усталостные трещины, появляющиеся в деталях, длительно работающих в условиях знакопеременных нагрузок. Трещины наиболее часто возникают в нагруженных местах корпусных деталей, рам, блоков, изготовленных из твердых и хрупких материалов, например, чугуна, высокоуглеродистых сталей или магниевых сплавов;

• пробоины – появляются в результате ударов различных предметов о поверхности тонкостенных деталей;

• риски и надиры – образуются на рабочих поверхностях деталей, работающих в условиях трения скольжения, вследствие загрязнения смазки или абразивного действия чужеродных частиц;
• выкрашивание – дефект, характерный для поверхностей деталей, подвергнутых химико-термической обработке (зубчатые колеса, шестерни, зубчатые муфты); он появляется вследствие динамических ударных нагрузок в процессе эксплуатации. Выкрашивание может быть и в результате усталостных напряжений;
• обломы, сколы – возникают при сильных ударах о детали; часто наблюдаются на литых деталях;
• изгибы и вмятины – характеризуются нарушением формы детали и происходят в результате ударных нагрузок;
• коробление – происходит в результате воздействия высоких температур, приводящих к возникновению структурных изменений и больших внутренних напряжений;
• коррозия (сплошная и местная) – процесс разрушения металлов вследствие химического и электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой; общая коррозия проявляется в постепенном уменьшении первоначальной толщины деталей; местная коррозия (избирательная) проявляется на отдельных участках деталей, имеющих нарушение структуры и свойств металла, а также на участках, подверженных действию внешних факторов (температуры, давления, коррозионной среды и т. д.). Значительно снижают работоспособность сварной конструкции такие виды избирательной коррозии, как межкристаллитная (питинговая) коррозия по линии сплавления, фреттинг-коррозия в подшипниковых узлах. Одними из видов разрушения являются коррозионная усталость и коррозионное растрескивание;
• коррозионно-механическое изнашивание – наиболее распространенный вид дефектов технологического оборудования, происходит в результате механического изнашивания, сопровождающегося химическим воздействием среды на металл.

Способы выявления дефектов делятся на две группы: визуальные и измерительные.

Часть дефектов можно обнаружить простым осмотром (визуально), не производя измерений или не разрушая детали. К ним относятся видимые трещины, пробоины, коррозия, обрыв, вмятины, деформация, нарушение герметичности, уплотнение и т. д.

Измерительный контроль применяют для получения количественной оценки отклонения параметров формы и относительного положения поверхностей детали, скрытых дефектов и физических (физико-механических) свойств материала деталей.

Контроль состояния деталей выполняют в порядке сложности дефектов и трудности их обнаружения и устранения. Сначала визуально определяют наличие крупных трещин, деформаций, изломов, коррозии, пробоин. Если обнаружены неустранимые дефекты, деталь непригодна. Далее пригодную (на первом этапе) деталь проверяют на наличие нарушения взаимного расположения рабочих поверхностей и существенного (недопустимого) изменения физико-механических свойств материала детали. Если обнаружен неустранимый дефект, деталь бракуется. Затем пригодную (уже на этом этапе) деталь контролируют на наличие скрытых дефектов. Если эти дефекты не обнаружены, то приступают к определению износа и геометрических форм рабочих поверхностей детали.

Для выявления дефектов используют различные методы и средства, которые зависят от параметров и формы проявления дефектов, а также конструктивных особенностей детали.

Например: радиаторы, баки и трубопроводы испытывают сжатым воздухом, затем их погружают в воду.

Блоки цилиндров испытывают на стендах (закачивают воду под давлением 0,3…0,4 МПа) и выявляют подтеки воды.

Скрытые дефекты на поверхности и в объёме детали выявляют различными методами. Для обнаружения скрытых поверхностных дефектов (трещин, пористости) используют капиллярный, магнитный, ультразвуковой, люминесцентный, рентгеновский методы.

Капиллярный метод – специальная жидкость проникает в невидимую глазом трещину. После очистки поверхности и нанесения проявляющего вещества дефект обнаруживается визуально по следу жидкости. Жидкость – керосин, вещество – мел (трещины шириной не менее 20 мкм).

Метод магнитной порошковой дефектоскопии – нанесение на поверхность ферромагнетика, который концентрируется по краям трещины, обозначая ее расположение. Порошок наносят в виде суспензии в керосине, солярке, мыльной воде. Намагничивают деталь электромагнитным полем (постоянного или переменного тока) большой силы.

Ультразвуковой метод – используют для анализа дефектов в объёме. Контроль дефектов (трещин, раковин, шлаковых включений) осуществляют путём распространения в металле ультразвуковых колебаний и их отражения от дефектов (и соответственно, регистрации).

Люминесцентный метод – свечение неметаллических материалов и цветных металлов в ультрафиолетовых лучах.

В табл. 1 представлены виды дефектов на конкретных деталях автомобилей, которые можно устранить при проведении ремонта.

Таблица 1

Классификация механизмов и деталей, подлежащих восстановлению в автомобильной отрасли