Пояснительная записка (1210792), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Однако на железнодорожном транспорте, несмотря на отдельные попытки, данный способ на сегодняшний день должного развития не получил. Одной из причин такого положения является недостаточное внимание к нему со стороны инженеров путей сообщения.
В современных условиях эксплуатация вагонов требует повышения скоростей движения поездов, степени загрузки вагонов, ускорения их оборота, что вызывает увеличение динамических нагрузок на детали вагонов и увеличивает их повреждаемость и износ. Важнейшим условием работы вагонного хозяйства является рациональная организация технического обслуживания и текущего ремонта вагонов.
Наплавка заливкой расплава на предварительно нагретую основу благодаря высокой производительности, качеству, малой энергоемкости, использованию жидкого присадочного материала относится к весьма перспективным методам упрочнения и восстановления деталей широкой номенклатуры.
При восстановлении изношенных деталей на их поверхность наносятся покрытия из расплавленных металлов. Регулированием химического состава расплавленного металла, применением различных операций термической обработки, когда охлаждение происходит от температур начала термической активации восстанавливаемой поверхности деталей, добиваются высоких механических свойств, обеспечивающих их увеличение срока службы.
При изготовлении литых деталей, к которым предъявляются высокие требования в отношении их механических свойств, применяются способы литья намораживанием. Намораживание как специальный способ получения отливок может осуществляться при литье в металлические или неметаллические формы.
Восстановление деталей вагонов обеспечивает экономию высококачественного металла, топлива, энергетических и трудовых ресурсов, а также рациональное использование природных ресурсов и охрану окружающей среды. Для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5—8 раз меньше технологических операций по сравнению с изготовлением новых деталей. [1]
По данным ГОСНИТИ 85% деталей восстанавливают при износе не более 0,3 мм, то есть, их работоспособность восстанавливается при нанесении покрытия незначительной толщины. Однако ресурс восстановленных деталей по сравнению с новыми деталями во многих случаях остается низким. В то же время имеются такие примеры, когда ресурс деталей, восстановленных прогрессивными способами, в несколько раз выше ресурса новых деталей.
Одним из основных вопросов ремонтного производства является восстановление изношенных деталей. Наряду с восстановлением узкой номенклатуры основных и массовых деталей на поточных линиях особое место отводится широкой номенклатуре деталей, восстановление которых целесообразно на большинстве ремонтных предприятий. При этом важным условием является их восстановление до уровня новых при относительно невысокой себестоимости. Эти обстоятельства обусловили необходимость к изучению новых методов ремонта.
1 МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ВАГОНОВ ЗАЛИВКОЙ ЖИДКИМ МЕТАЛЛОМ
1.1 Общие сведения
Способ восстановления изделий методом заливки жидкого металла имеет высокую производительность, в несколько раз превышающую производительность наплавочных работ, обеспечивает надежную связь наплавленного слоя с основным металлом, кроме этого обеспечивает износостойкость восстановленной детали на уровне новой. Способ предназначен для ремонта деталей с износом более 10 мм на диаметр. При восстановлении сильно изношенных деталей или при заделке крупных местных дефектов в отливках используют заливку жидким металлом.
Для получения прочной связи заливаемого металла с металлом восстанавливаемой детали, поверхность детали подвергают специальной обработке. В процессе восстановления детали способом раздельной тепловой подготовки и заливки наращиваемую поверхность детали оплавляют с помощью мощной угольной дуги, газовых горелок или индукционного нагрева; присадочный материал расплавляют отдельно в плавильных печах и заливают из тигля с помощью специального разливочного устройства.
Получение заливкой поверхностного слоя, соответствующего по составу металлу детали, обеспечивают подбором шихты соответствующего состава. Плавильная печь может иметь кислую или основную футеровку.
При нагреве восстанавливаемой поверхности детали за счет теплоты жидкого металла (то есть без предварительного подогрева детали) последний выливают на ремонтируемую поверхность, причем избыточный металл отводится по специальным спускным устройствам. Для ускорения процесса оплавления жидкий расплав перегревают. Предварительное оплавление перед заливкой поверхностного слоя восстанавливаемой детали – экономически более выгодный процесс вследствие сокращения продолжительности ремонта и расхода жидкого металла.
Изношенные детали можно заливать различными металлами и сплавами. Для восстановления крупных партий дефектных деталей используют плавильную печь и специальный металлосборник с разливочными приспособлениями. Из плавильной печи жидкий металл периодически поступает в металлосборник, откуда он подается для непрерывной наплавки деталей.
Заливкой жидким металлом целесообразно восстанавливать крупногабаритные изделия или значительное количество мелких однотипных деталей. Этот способ обеспечивает высокие производительность и качество.
Втулки, подшипники скольжения, сменные венцы зубчатых колес и цилиндры восстанавливают центробежной наплавкой жидким металлом.
1.2 Сущность технологии получения биметаллических соединений методом заливки жидкого металла
Детали, изготовленные при помощи литья должны соответствовать высоким требованиям, предъявляемым к их механическим свойствам. Технология ремонта с помощью заливки жидкого металла соответствует этим требованиям. Намораживание как специальный метод получения отливок может осуществляться при литье в керамические и металлические формы.
Учеными была разработана технология изготовления биметаллических деталей путем намораживания расплава, которая обеспечивает нужные постоянные свойства и химический состав. Сущность технологии намораживания заключается в подаче определенного количества жидкого присадочного материала на всю площадь наплавляемой поверхности, которая предварительно нагревается и очищается от окисных пленок жидким флюсом.
Жидкий расплав смачивает ремонтируемую поверхность заготовки, но не оплавляет ее, а затем создаются условия для кристаллизации присадочного сплава также одновременно по всей наплавляемой площади изделия. При этом с помощью специальных приемов достигается полное сплавление основного и присадочного металла. Использование данного метода ремонта расплавленным присадочным сплавом дает возможность решать задачу автоматизации производства биметаллических деталей и использовать новые сплавы, которые по износостойкости лучше ныне применяемых. Ряд вопросов новой технологии требуют дальнейшего глубокого изучения.
В работе [8] разработан состав кислородно непроницаемого покрытия для защиты поверхности стальной подложки от окисления в процессе предварительного нагрева. В зависимости от температуры контактной поверхности изучались процессы формирования и роста переходного слоя в биметаллических отливках. Разработаны технологические основы процессов массового производства биметаллических отливок сталь-чугун для работы в условиях ударно-абразивного износа применительно к опорным каткам гусеничных тракторов, билам углеразмольных мельниц, пальцам гусеничных цепей тракторов и экскаваторов, втулкам буровых насосов. Приведены результаты стендовых и эксплуатационных испытаний биметаллических отливок, получена экономия (в масштабе министерства), исчисляющаяся миллионами рублей.
П.Ф.Шуленок [9] отмечает, что метод (с участием в процессе формирования жидкометаллической фазы) обладает некоторыми признаками и соответственно возможностями и достоинствами ряда технологических процессов – сварки и наплавки плавлением, пайки, пайки–сварки, замораживания, литья, контактного оплавления, эпитаксиального роста слоёв и т.д. При формировании покрытия имеют место известные физико-химические процессы, например смачивание, адгезия, адсорбция, катализ, диффузия, растворение, плавление, кристаллизация, которыми в определенной степени нужно управлять.
Из большого числа указанных процессов и явлений процессы плавления и кристаллизации, происходящие по известным законам, определяют формирование биметалла в целом.
Структурное состояние всякого жидкого металла, в общем, одинаково и может быть описано, как умеренно плотноупакованное. И если структуры в жидком и твёрдом состояний сильно отличаются, то должна существовать переходная область конечной толщины, в которой структура жидкого состояния перестраивается в структуру твёрдого состояния. И вследствие того, что процесс диффузии протекает намного легче в жидкости, почти все перемещения атомов происходят на жидкой стороне поверхности раздела твёрдое тело – жидкость.
Автор [10] считает, что после соприкосновения твердой поверхности и жидкого металла, возникает металлическая связь и от площади оплавленных зёрен начинается рост кристаллов. В исследовании [2] поднимается вопрос о связях и их установлении непосредственно в начале образования соединений. Автор считает, что связи устанавливаются только в некоторых благоприятных точках поверхности металла.
Зародыши новой фазы на основе исходной твёрдой фазы определяют не только ориентацию развивающихся кристаллов исходной, но и тонкую структуру кристаллических образований новой фазы. Но при в работе [3] указывается, что характер и механизм схватывания расплава и твердых поверхностей могут быть довольно сложными. Механизм зависит главным образом от температуры, природы металлов, условий охлаждения.
И только в работе [11] рассмотрена зависимость условий равновесия между фазами от кривизны межфазной поверхности. Форма межфазной поверхности в общем случае зависит от поверхности, соотношения объёмов сосуществующих фаз и теплофизических условий выделения фаз в том или ином процессе. Последнее обстоятельство относится к неравновесным процессам, при которых, например, скорость охлаждения, влияя на степень завершенности диффузионных процессов, может существенно изменить дисперсность фазовых выделений, а, следовательно, и форму межфазной границы.
Исследование фаз, получающихся на границе раздела биметаллов, привело к мысли о том, что существует зависимость характера диффузионных зон от типа диаграммы состояния[10].
Металлы, образующие системы с неограниченной взаимной растворимость в жидком и твердом состоянии, легко диффундируют с образованием, твердых растворов переменной концентрации.
Ограниченная растворимость металлов друг в друге в твердом состоянии приводит к скачку концентраций на границе раздела. Величины концентраций одного элемент в другом соответствуют положению линий предельной растворимости.
При взаимодействии жидкого и твердого металлов, которые в соответствии с диаграммой состояния могут образовывать химические соединения, в промежуточной зоне неизбежно возникают эти соединения, Образование соединения происходит путем непосредственной реакции на поверхности контакта. Чаще всего (хотя и не всегда) первой возникает фаза, обладающая максимальной теплотой образования. Возникшая в результате реакции интерметаллическая фазе в дальнейшем растет по законам диффузии; рост слоя каждой фавн во времени подчиняется параболическому закону.
В результате неровности поверхности, различной степени локальной дефектности структуры твердого материала или активируемой по фронту диффузии возникают отдельно и избирательно изолированные зародыши, химического соединения. Затем рост соединений идет по поверхности раздела фаз (как мест с наиболее активируемой диффузией) до их слияния. В дальнейшем рост химического соединения происходит фронтально, толщина прослойки непрерывно увеличивается во времени [12]. При наличии в контакте сплошного интерметаллидного слоя (больше 3 мкм) прочность и пластичность слоя из легированных сталей начинает быстро уменьшаться, что объясняется большой хрупкостью образующегося слоя [3]. Минимальная ширина зоны диффузии, позволяющая обеспечить прочность соединения, равна 1,5–2 мкм с обеих сторон от стыка, а получаемая площадь зоны диффузии составляет 120–130 мкм или 540 мкм [8].
Технологические способы получения биметаллических соединений оказывают непосредственное влияние на прочность и структуру.
Основным фактором, влияющим на свойства зоны сплавления, как считают авторы, является скорость охлаждения, действительно, изменяется распределение примесей, дендритная ликвациями, и при большой скорости охлаждения можно реализовать переход жидкой фазы в гомогенную твердую фазу. В исследовании описывается без диффузионная и диффузионная кристаллизация сплавов. Без диффузионная кристаллизация металла приводит к появлению твердого раствора, который по составу идентичен жидкой фазе.
Заливка чугуна с уменьшенной температурой влияет на размельчению зерна [13], а при заливке «холодным» чугуном металлы перестают сплавляются.
При получении биметаллических изделий с участием жидкой фазы выделяются предварительная подготовка реагируемых поверхностей твердого тела, раскисление металла, нанесение и формирование покрытия.
Подготовка поверхности заключается в удалении окалины, масляных, жировых пятен и т. д. [2, 10].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
