123367 (Модернизация спирального гидроциклона СГМ-ТПИ), страница 4

Чем больше твердость обрабатываемых частиц пульпы и чем острее кромки зерен, тем истирающее действие, оказываемое ими на стенки циклона, сильнее;

- Крупность частиц твердой фазы и плотность пульпы.

Чем крупнее частицы и чем больше их в пульпе, тем больше истирающее действие;

- Давление пульпы внутри гидроциклона.

С увеличением давления соответственно возрастает сила, с которой действуют зерна, вращающиеся в циклоне, на его стенки. Поэтому давление оказывает очень большое давление на степень износа гидроциклона;

- Скорость движения пульпы.

Изменение скорости движения пульпы в гидроциклоне связано обычно с изменением давления на входе, а так же с отдельными параметрами циклона. Чем выше скорость, тем сильнее истирающее действие.

Для того, чтобы гидроциклон СМГ-С обеспечивал требуемый ресурс работы до списания, предлагается упрочнить это изделие.

1.5.2.Обзор способов упрочнения

В связи с ускоренным развитием техники крайне актуальными стали вопросы повышения надежности и долговечности деталей машин и установок, повышения их качества и эффективности работы в экстремальных условиях, связанных с абразивным износом, коррозионным воздействием и другими факторами.

Изменить свойства поверхности в необходимом направлении можно различными способами. Их можно условно разделить на два вида:

- нанесения на поверхность нового материала с необходимыми свойствами;

- изменение структуры поверхностного слоя металла, обеспечивающего желаемые изменения свойств.

В первом случае применяют такие хорошо известные покрытия как, гальванические, химические, наплавочные и др.

Во втором случае поверхностные слои металла подвергают поверхностному пластическому деформированию (ППД), либо преобразуют химическим путем, либо диффузионным насыщением, т. е. методами химико-термической обработки, а так же новыми методами электронно-лучевой и лазерной обработки.

Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов

Поверхностное упрочнение деталей лучом лазера характеризуется рядом преимуществ, а именно:

- упрочнение деталей в местах их износа с сохранением свойств материала в остальном объеме;

- твердость при этом превышает на 15 - 20% твердость после термообработки существующими способами;

- созданием «пятнистого» поверхностного упрочнения значительных площадей, при котором не образуется сплошного хрупкого слоя, склонного к растрескиванию, деформированию, отслаиванию и т.д.;

-получение заданных свойств (механических, химических и др.) обрабатываемых поверхностей деталей путем их легирования различными элементами с помощью излучения лазера;

- отсутствие деформаций обрабатываемых деталей, обусловленных локальностью воздействия.

Широкое внедрение лазерного упрочнения в различные отрасли машиностроения обуславливается рядом благоприятных факторов:

- наличием серийного лазерного высокопроизводительного оборудования как импульсного, так и непрерывного действия;

- сравнительной простотой процесса, несложным подбором технологических режимов обработки;

- большой технико-экономической эффективностью, определяемой достоинствами лазерной термообработки и др.

Остановимся более подробно на некоторых методах лазерной обработки

Лазерная закалка

При воздействии лазерного излучения тонкий поверхностный слой подвергается термообработке. Высокие скорости нагрева (до 10⁵ -10⁶ С/с) и охлаждения (до 10⁸ С/с) приводят к образованию метастабильных фаз перенасыщенных твердых растворов; может возникнуть аморфная структура – структура металлических стекол, обладающая высокой коррозийной стойкостью и износостойкость.

По сравнению с обычной закалкой, лазерная закалка дает большой эффект.

За рубежом термообработку с помощью CO₂ – лазеров мощностью до 15 кВт применяют в серийном производстве автомобилей:, в авиастроении и в машиностроении.

Лазерное легирование

Улучшить эксплуатационные свойства металлов, в том числе износостойкость, можно с помощью лазерного легирования, сущность которого заключается в расплавлении участка поверхности металла вместе с добавляемыми легирующими элементами, предварительно нанесенными не обрабатываемый участок.

По сравнению с известными способами упрочнения (азотирование, борирование, напыление и др.) модификация поверхности легированием при локальном лазерном нагреве и высоких скоростях плавления и кристаллизации обладает целым рядом преимуществ:

- экономией легирующих элементов;

- минимальным объемом финишных механических обработок;

- достаточно хорошей контролируемостью процесса;

- высокой скоростью процесса и высоким качеством изделия и др.

Легирующие добавки (C, Cr, Nr, N, Wc, Co и др.) наносятся на обрабатываемые поверхности в воде и в жидком стекле. Рекомендуется для поверхностного легирования использовать дешевые материалы, как, например, Ст. 3, 45 и др. Глубину проплавления можно менять от 0,05 мм до 5 мм. Распределения микротвердостей различных сталей по глубине, а также подробная методика расчета концентрации легирующих элементов, режимов обработки приводятся в работе .

Лазерное плакирование (лазерная наплавка)

Лазерное плакирование заключается в расплавлении предварительно нанесенного на поверхность детали материала, который затем растекается по ней с последующим быстрым затвердением. Один проход лазера позволяет получать покрытия толщиной 6-7 мм шириной 10 мм при плотности излучения q=10⁴ + 10⁵ Вт/см².

Нанесение на поверхность износостойких покрытий

Увеличение срока службы деталей машин можно обеспечить путем образования на поверхности этих деталей, слоев или покрытий обладающих высоким уровнем требуемых свойств, в том числе высокой износостойкостью. Такой путь представляет значительные резервы экономии сырьевых ресурсов. Применение технологии улучшения свойств поверхности расширяет также перспективу проектирования и производства различного оборудования с более высоким уровнем эксплуатационных показателей, что в свою очередь, позволяет сократить потребление энергии и повысить производительность труда.

Наплавка – нанесение слоя расплавленного металла на оплавленную металлическую поверхность путем плавления присадочного материала теплотой кислородно-ацетиленового пламени, электрической или плазменной дуги, лазера и др. – широко используется для восстановления изношенных деталей и создания на поверхности изделия слоя, обладающего повышенной износостойкостью, жаропрочностью и другими свойствами.

Преимущества технологии заключаются в следующем:

• возможность нанесения покрытий большой толщины;

• высокая производительность;

• возможность нанесения износостойкого покрытия на основной металл любого состава;

• возможность повышения эффективности наплавки путем сочетания с другими способами обработки.

К недостаткам технологии наплавки следует отнести:

• ухудшения свойств наплавленного слоя из-за перехода в него элементов основного металла;

• деформация изделия, вызываемая высокой погонной энергией наплавки;

• ограниченный выбор сочетаний основного и наплавленного металла.

Для упрочнения деталей машин, работающих в условиях интенсивного абразивного износа, получили распространение электроды марок Т-590, Т-620.

Толщина наносимого покрытия или упрочняемого слоя зависит от режимов работы узла трения, его назначения, преобладающего вида изнашивания и величины допустимого износа. Значительная часть технологических задач, связанных с необходимостью повышения износостойкости, коррозионной стойкости, жаропрочности, восстановительного ремонта и других, может быть решена при использовании методов металлизации напылением, включающих газопламенную металлизацию, электродуговую, плазменную, высокочастотную индукционную металлизацию и детонационное напыление покрытий.

Напыление

Методы металлизации напылением в настоящее время развиваются высокими темпами и находят, все большее распространение, благодаря своим широким техническим возможностям. Напылением можно наносить различные покрытия на детали из самых разных материалов металлы и сплавы, карбиды, бориды, фарфор, органические материалы и др.

Основной материал, на который напыляется покрытие, не испытывает при этом значительного термического влияния. Важным условием успешного применения указанных методов является тщательная предварительная подготовка поверхности детали под покрытие, определяющая прочность сцепления напыленного покрытия с основным металлом. Для удаления с поверхности жиров и масел широко используют промывку растворителями, например, бензином. Для снятия оксидной пленки детали подвергают дробеструйной или пескоструйной обработке

Из существующих методов напыления наибольшими возможностями обладают методы плазменного детонационного напыления, а так же способ электроимпульсного нанесения покрытия.

Катодное распыление (вакуумное распыление)- это распыление в вакууме поверхности напыляемого материала ускоренными ионами и конденсацией распыленных частиц (атомов, ионов) на деталь.

Термическое напыление (вакуумное испарение) заключается в нагревании напыляемого материала в вакууме до температуры, при которой давление паров над его поверхностью достигает 1 Па и выше, испарений и последующей конденсации паров на деталь.

Ионное осаждение (реактивное вакуумное напыление) осуществляется путем подачи в рабочую камеру небольших количеств активных газов, которые, вступая в реакцию с напыляемым материалом, обеспечивают осаждение на деталь уже готовых соединений.

Химико-термические методы упрочнения

Химико-термическая обработка (ХТО) позволяет получить в поверхностном слое изделие сплав, практически любого состава и, следовательно, обеспечить комплекс необходимых свойств – физических, химических, механических и др. В настоящее время накоплен большой опыт по применению различных видов и методов ХТО в машиностроении.

Азотирование (ионное). Ионное азотирование (азотирование в тлеющем разряде) по сравнению с обычным газовым процессом имеет целый ряд преимуществ:

• ускоряет диффузионный процесс насыщения поверхностных слоев азотом в 2 раза;

• позволяет получить диффузионный слой регулируемого состава и строения при обычном азотировании происходит охрупчивание поверхности;

• характеризуется незначительными деформациями изделий и высоким классом чистоты поверхности;

• обладает большой экономичностью (электроэнергия, расход насыщающихся газов);

• не токсично и отвечает требованиям по защите окружающей среды.

В качестве азотосодержащих газов применяют аммиак, азот и смесь азота с водородом.

Износостойкость азотированной стали в 1.5 – 4 раза выше износостойкости закаленных высокоуглеродистых и цементованных сталей.

Для осуществления ионного азотирования освоен серийный выпуск специализированных установок НГВ-6.6/6-И1; НШВ-9.18/6-И2 и др., выпускаемых, в частности, Саратовским заводом электротермического оборудования.

Карбонитрация (жидкое азотирование). Широко применяется за рубежом. Приводится для упрочнения деталей машин с целью повышения их износостойкости. Процесс проводится при T=560-570 ˚С в расплаве цианита калия. Общая глубина слоя составляет порядка 0.15 – 0.6 мм с поверхностной твердостью (700 – 1300 HV). Карбонитридная зона способствует увеличению задиростойкости, уменьшает коэффициент трения, повышает износостойкость, обуславливает хорошую прирабатываемость трущихся поверхностей и сопротивление коррозии.

Проанализировав все вышеприведенные методы упрочнения, можно сделать вывод, что наиболее подходящим для предстоящего упрочнения метала является метод (ХТО) – химико-термического упрочнения, а в частности ионное азотирование.

Сущность ионного азотирования заключается в следующем.

В разряженной азотосодержащей атмосфере (1.3*10² - 17*10² Па) между катодом и анодом возбуждается тлеющий разряд и ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до температуры насыщения, при которой происходит насыщение поверхностного слоя ионами азота. Температура азотирования составляет 470˚ - 580˚ С, рабочее напряжение колеблется от 400 до 1100 В. Продолжительность процесса от нескольких минут до 24 часов. Для разных марок сталей определены оптимальные режимы процесса, обеспечивающие требуемую толщину и твердость защитного слоя. Твердость азотированного слоя не меняется при нагреве до 450 - 500˚ С. Обычно общий слой азотирования (особенно при повышенных контактных напряжениях) составляет 0.4 – 0.5 мм. Ионное азотирование следует использовать в тех случаях, когда контактные напряжения не слишком велики и деталь работает в условиях трения скольжения, или абразивного износа.

Азотирование данного вида проводят в печах различной конструкции периодического и непрерывного действия – шахтных, камерных, толкательных и конвеерных.