Пояснительная зависка по ГОСТ (1229826), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ВАЛА

3.1 Электролитическое меднение вала

3.1.1 Свойства медных покрытий

Электролитическая медь – мягкий, пластичный, без пор и микротрещин металл розово-красного цвета. Плотность его 8,9 г/см2 , температура плавления 1083^оС. В атмосферных условиях она легко окисляется. При наличии в воздухе сернистых соединений медь покрывается темно-коричневым налетом сернистой меди. Под воздействием влаги и углекислоты атмосферы она покрывается зеленым налетом углекислых солей. Под действием хлористых соединений на поверхности медного осадка образуются хлористые соли.

В азотной и хромовой кислотах медь легко растворяется. Серная кислота хорошо реагирует с ней, особенно при нагревании. Соляная кислота и разбавленная серная кислота на медь практически не действуют. Медь имеет более положительный потенциал, чем железо. Поэтому медные покрытия не могут защищать поверхность стальных деталей от коррозии электрохимически. Они защищают их только механически при отсутствии пористости.

Тем не менее, благодаря своей пластичности и свойству легко полироваться, медь широко применяется в многослойных защитно-декоративных покрытиях типа Сu - Ni - Cr в качестве промежуточной прослойки. Такие многослойные покрытия гораздо менее пористы, чем однослойные, а применение в них меди существенно снижает удельный расход никеля и хрома. В качестве защитно-декоративных находят также применение тонированные (текстурированные) медные покрытия. Кроме этого, электролитические осадки меди используются в целях местной защиты отдельных поверхностей стальных деталей от цементации, улучшения прирабатываемости трущихся поверхностей.

3.1.2 Электролиты меднения и применение медных покрытий

Составы электролитов для меднения весьма разнообразны. Их разделяют на сернокислые и щелочные. Сернокислые электролиты обладают низкой рассеивающей способностью. В них трудно получить прочное сцепление меди со сталью (ввиду контактного выделения пористой меди – при погружении стальной детали в электролит на ее поверхности без действия электрического тока выделяется медь).

Щелочные электролиты (цианистые, борфтористоводородные, пирофосфатные, аммиачные, щавелевокислые и так далее) свободны от этих недостатков. Из них наибольшее распространение в настоящее время получили пирофосфатные и аммиачные электролиты. Аноды обычно изготавливают из листовой меди (марка М1) толщиной 5…15 мм. Их помещают в чехлы из хлорвиниловой ткани.

Покрытия электролитической меди из пирофосфатных и аммиачных электролитов легко полируются до высокой степени блеска и имеют прочное сцепление со сталью, никелем и хромом. В локомотиворемонтном производстве они применяются: для защиты деталей от коррозии, в качестве подслоя при защитно-декоративном никелировании и хромировании, для защиты отдельных участков детали от цементации (науглероживания), улучшения прирабатываемости и антифрикционности трущихся поверхностей.

Толщина медных покрытий зависит от их назначения. Так, для улучшения прирабатываемости зубчатых соединений она не превышает 30 мкм, при использовании меди в качестве подслоя при защитно-декоративном хромировании она лежит в пределах 10…20 мкм. Для защиты металла от науглероживания (при цементации) наращивают слой меди толщиной 40…60 мкм.

При необходимости медные покрытия (недоброкачественные или после цементации) удаляют с поверхности детали анодным растворением в хромовоаммонийном электролите (200…300 г/л хромового ангидрида CrO₃ и 50…100 г/л сернокислого аммония (NH₄)₂ SO₄ при комнатной температуре и D_а = 8–10 А/дм2 ).

3.1.3 Технологический процесс меднения вала

Технологический процесс меднения из пирофосфатного электролита в целях местной защиты деталей от цементации состоит из последовательного выполнения операций, краткое содержание которых состоит в следующем:

Смочить 3…5% раствором кальцинированной соды Na₂CO₃ части вала, подлежащие меднению (детали, поступающие для меднения, должны быть чистыми, без заусенцев, раковин, окалины и масляных пятен).

Изолировать участки детали, подлежащие цементации воскированием, герметично пристающей к поверхности детали, специальной пастой.

Состав пасты для воскирования (% по весу):

- парафин технический – 70;

- воск технический – 10;

- канифоль сосновая – 10;

- битум БН-IV (БН-V) – 10;

Разогретую до температуры 60…70^оС пасту наносят на шейки вала кистью или окунанием. Пасту приготавливают следующим образом: взятое по расчету количество материалов разогревают паяльной лампой в специальном баке до температуры 100…110^оС, выдерживают 20…30 мин и охлаждают. В свежую пасту обычно добавляют 10…20% пасты, бывшей в употреблении. Это улучшает прилипание пасты к металлу детали. Все последующие операции производят в растворах и электролитах с температурой не выше 20…25^оС.

Зачистить границы и протереть загрязненную поверхность участков вала, подлежащих меднению, уайт-спиритом (ацетоном). Избыток пасты после воскирования подрезать ножом.

Установить деталь на подвесные приспособления и промыть холодной водой.

Произвести химико-механическое и электрохимическое обезжиривание поверхностей, подлежащих меднению. Тщательно промыть детали в холодной воде.

Произвести анодное декапирование в 10% растворе пирофосфатного натрия Na₄P₂O₇·10H₂O (90г/л). Температура процесса 18…25 ^оС; D_а=5…6 А/дм²; τ = 0,5…1,0 мин.

Промыть детали холодной водой и завесить в ванну меднения в пирофосфатном электролите. Состав его, г/л:

- сернокислая медь CuSO4 – 35;

- пирофосфорно-кислый натрий Na₄P₂O₇·10H₂O – 110;

- фосфорно-кислый натрий Na₂HPO₄·12 H₂O – 95;

- сегнетова соль KNaC₄·H₄O₆ – 35.

Для приготовления пирофосфатного электролита его компоненты растворяют отдельно в теплой дистиллированной воде, после чего их сливают в ванну меднения и перемешивают (рисунок 3.1). Готовый электролит имеет темно-синий цвет и содержит комплексные ионы двухвалентной меди. Температура электролита комнатная, рН=8,8. Загрузка де- талей производится под током D_к= 0,5…2,0 А/дм². При D_к = 3…6 А/дм² выдерживают детали в электролите 30…50 мин (получаемая толщина меди 20…50 мкм).

Рисунок 3.1 – Гальваническая ванна для меднения

Вынуть детали из ванны меднения, промыть холодной водой, произвести демонтаж их с подвесных приспособлений.

Снять изоляцию с участков детали, подлежащих цементации. Для этого омедненные детали погрузить в специальную ванну развоскирования с горячей (70…79^оС) водой и добавкой одного процентного раствора хромпика K₂Cr₂O₇. Всплывающую на поверхность воды пасту собрать и вновь использовать для изоляции.

Протереть вал ветошью (обдуть сжатым воздухом), зачистить границы омедненных участков (шкуркой или мелким напильником), произвести контроль качества покрытия.

Покрытие электролитической меди для защиты от цементации должно быть с резкими границами омедненной поверхности. Оно должно быть мелкокристаллической структуры без пор и микротрещин (мягким). Отслаивание и хрупкость его не допускаются. Пятнистость, различный цвет не являются дефектами. На участках, не подлежащих в дальнейшем механической обработке, допускается незначительная пористость (1…2 поры на 1 см2 ).

По необходимости медные покрытия (недоброкачественные или после цементации) удаляют с поверхности деталей химическим или электрохимическим способом.

3.2 Цементация шейки вала

Цементации чаще подвергают низкоуглеродистую и среднеуглеродистую сталь марок: 15, 18, 20, 25, 35, 40 и низколегированную марок: 20Х, 15ХСНД, 18ХНТ, 40Х и так далее. Обычно после цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. После такого комплексного процесса концентрация углерода на поверхности стальной детали доводится до 0,8…1 %, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу. Твердость на поверхности HV 7500…9500. Сердцевина детали, содержащая 0,08…0,25 % С, остается вязкой, а поверхности, не подлежащие цементации, защищаются гальваническим омеднением. Толщина медного слоя составляет 0,02…0,05 мм.

Исходную среду для цементации (науглероживания) принято называть карбюризатором. В основном применяют два способа цементации: в твердом и в газовом карбюризаторе. Несмотря на различные названия, процесс цементации в твердом и газовом карбюризаторе идет через газовую фазу. Наиболее распространенный твердый карбюризатор состоит в основном из древесного угля с добавкой 20…25 % углекислого бария для интенсификации процесса и 3…5 % СаСО₃ для предотвращения спекания частиц карбюризатора. Детали, подлежащие цементации, и карбюризатор упаковываются в контейнер (рисунок 3.2) и нагреваются в печи до 910…930 °С. При нагреве уголь взаимодействует с кислородом остаточного воздуха по реакции:

2С + О₂ 2СО. (3.1)

Кроме того, оксид углерода образуется в результате реакции:

BaСО₃ + С ВаО + 2СО. (3.2)

На поверхности деталей протекает ведущая процесс цементации реакция дисcоциации:

2СО СО₂ + С, (3.3)

в результате которой активный углерод адсорбируется насыщаемой поверхностью, находящейся в аустенитном состоянии, а СО₂ взаимодействует с углем, образуя новые порции СО.

Таким образом, в результате обратимой реакции диссоциации углерод переносится на насыщаемую поверхность.

Рисунок 3.2 – Схема цементационного ящика с деталями

Технология цементации. Конструкция цементационных ящиков оказывает большое влияние на продолжительность процесса цементации и качество цементуемых деталей. К цементационному ящику предъявляются следующие требования: 1) форма ящика должна приближаться к форме цементуемых деталей; 2) должен быть обеспечен наиболее быстрый прогрев деталей; 3) рабочее пространство печи должно использоваться эффективно. Для цементации применяют прямоугольные ящики (наибольшие размеры ящика 250x500x300 мм). Ящики изготовляют из стали, чугуна и жаростойких сплавов; стойкость сварных ящиков до 150 – 200 ч, литых (стальных и чугунных) – 250 – 500 ч, из жаростойких сплавов - 4000 – 6000 ч. С целью повышения стойкости цемента-шюнные ящики целесообразно подвергать алитированию. Упаковка деталей в цементационный ящик производится следующим образом.

На дно ящика насыпают слой карбюризатора толщиной 30 – 40 мм; на него укладывают первый ряд деталей. Расстояние между деталями и между деталями и стеной ящика 20 – 25 мм. На первый ряд деталей насыпают слой карбюризатора толщиной 20 – 25 мм, укладывают следующий ряд деталей, снова засыпают карбюризатором, и так до полного заполнения ящика. Верхний ряд деталей засыпают слоем карбюризатора толщиной 20 – 35 мм, При упаковке деталей карбюризатор плотно утрамбовывают, сверху укладывают лист асбеста, ящик закрывают крышкой и обмазывают глиной. Через отверстия, имеющиеся в крышке, в ящик вставляют два указателя, служащие для контроля цементации.

Ящики с упакованными в них деталями сушат на воздухе и затем устанавливают в печь (рисунок 3.3), нагретую до температуры цементации (900 – 950° С); при этом температура печи снижается. При температуре 780 – 800° С следует проводить сквозной прогрев ящиков, что обеспечивает более равномерную цементацию. Затем температуру быстро повышают до 900 – 950° С и выдерживают 6 часов.

При толщине слоя до 1 мм скорость цементации составляет 0,15 мм/ч; при толщине слоя более 1 мм – 0,1 мм/ч.

Рисунок 3.3 – Электрическая печь камерного типа ПКМ 6.12.5

Характеристики электрической печи ПКМ 6.12.5 представлены в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Характеристики электрической печи ПКМ 6.12.5

В таблице 3.2 приведены данные, характеризующие зависимость толщины слоя от продолжительности выдержки при температуре цементации 920 – 930°С:

После окончания цементации ящики вынимают из печи и охлаждают на воздухе до температуры не выше 100° С и затем ящики разбирают.

Таблица 3.2 Зависимость толщины слоя от продолжительности выдержки

Принято различать полную и эффективную толщину цементованного слоя (рисунок 3.4). За эффективную толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0,5…1,8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность.

Характеристики

Список файлов ВКР