Упрочнение деталей электролитическим покрытием

Например, начало коррозии железа можно фиксировать добавлением ионов [Fe(CN)6]3- , а появление ионов меди можно обнаружить раствором аммиака - тетрааммиакат меди и т. д.
В ремонтном производстве нашла широкое применение высокоэффективная и экономичная ресурсосберегающая технология восстановления и упрочнения деталей электролитическими покрытиями на основе железа. Правильное ее применение позволяет восстанавливать обширную номенклатуру изношенных деталей машин, более 80% которых выбраковывается при износах до 0,3 мм и потере массы, не превышающей 0,01-0,1 %.
Это позволяет в значительной мере сэкономить энергетические и материальные затраты на изготовление запасных частей, повысить экологическую безопасность производства и решить в определенной мере проблему обеспечения запасными частями.
Преимуществом железнения перед другими способами восстановления деталей является возможность одновременного восстановления большого числа деталей, что снижает стоимость ремонта единицы изделия, полной автоматизации процесса и получения покрытий необходимой толщины, получения покрытий с наперед заданными дифференцированными по толщине механическими свойствами, а также отсутствие нагревания деталей в процессе нанесения покрытий, благодаря чему сохраняются их первоначальная структура и механические свойства.
Технологический процесс железнения включает операции обезжиривания, анодной подготовки деталей под нанесение покрытия, железнения и нейтрализации, между которыми выполняется пять промывочных операций в горячей и холодной воде. Выполняя этот процесс, можно получить качественные, прочносцепленные с поверхностью детали покрытия «чистого» электролитического железа толщиной до 0,5-0,7 мм, обладающие износостойкостью на уровне сталей 45, 50 закаленные; сплавы железа с никелем, кобальтом и другими металлами с износостойкостью на уровне углеродистых сталей; композиционные покрытия с включениями частиц твердой смазки, полимеров, оксидов, карбидов и других твердых, жаропрочных неорганических соединений, позволяющих повысить износостойкость покрытий выше уровня электролитического хрома и легированных термохимически обработанных сталей.
С целью повышения экологической безопасности процесса, уменьшения материальных и энергетических затрат на его исполнение процесс совершенствуется путем снижения числа вспомогательных операций (промывок в теплой и холодной воде) и совмещения основных операций (декапирование и нанесение покрытия) в одной ванне, что позволяет до минимума (в 4-5 раз) сократить количество опасных стоков и, при использовании относительно дешевых электрокоагуляционных способов очистки, замкнуть цикл водопотребления с минимальным его забором из системы водопотребления, значительно повысить его надежность.
Разработана технология анодного травления и начального периода железнения деталей из сталей и чугуна в хлористом электролите железнения. Данная технология позволяет обеспечить прочность сцепления покрытий с основой на уровне соответственно 220...360 МПа (стальные детали) и 170...180 МПа (детали из серого и ковкого чугуна). Она предусматривает травление на режимах: для стали - концентрация хлористого железа 580...620 г/л; рН-0.5...0,7; Т=303...308 К; Да=40...60 А/дм2;  t = 90... 130° C и чугуна - концентрация хлористого железа 700...720 г/л; рН = 0.5...1,0; Т = 291...298 К; Да =20...30 А/дм2; в течение 5-15 с, снижение Да до 6...10 А/дм2 и продолжение травления еще 45-60 с. После травления детали не промывают водой. Для улучшения очистки поверхности от шлама и повышения сцепляемости покрытий с основой электролиз начинают на переменном токе, а затем переходят на постоянный ток. Начальное значение катодной плоскости тока - 10...30 А/дм2 при анодно-катодном показателе Вн = 1,1...1,2 в течение 1,5…2 мин, затем плавно увеличивают Вн в течение 3-5 мин и переходят на постоянный ток, плотность которого определяется требуемыми свойствами покрытия и другими условиями электролиза. Приведенная технология анодной подготовки позволяет сократить 3-4 операции при нанесении покрытий, исключает потребность в дорогостоящей серной кислоте, на 30...40% уменьшает водопотребление и образование загрязненных стоков, повышается производительность труда.
Чугунные детали следует обрабатывать в холодном концентрированном хлористом электролите (500...550 г/л), содержащем 10...12 г/л соляной кислоты. Солевая пассивность серого чугуна (Сч-21) наступает при плотности анодного тока 25...30 А/дм2 через 8-10 сек. процесса электролиза. Отвод шлама из прианодного пространства осуществляется промывочным движением детали в ванне очистки перед переносом ее в ванну железнения или проточным движением раствора (со скоростью 50-60 м/с) перед началом железнения из нестационарных электролитов. В последнем случае анодную обработку также ведут в стационарных ваннах. Повышение надежности бесшламного травления достигается выполнением операции в два перехода- анодное активное травление; анодная очистка при потенциалах и режимах, соответствующих состоянию солевой пассивности поверхности. Плотность тока анодной обработки в активной области должна быть в 3-4 раза меньше отвечающей наступлению солевой пассивности. При соблюдении указанных условий электролитическое железо не отслаивается от стальных и чугунных деталей даже при их разрушении.
Качество покрытий должно соответствовать ГОСТ 9.301-78.
Для всех видов покрытий установлены требования к внешнему виду и , при необходимости, к специальным свойствам. Кроме того, для металлических покрытий устанавливаются требования по толщине , пористости и прочности сцепления и, в случае покрытий сплавами – к химическому составу: а для неметаллических неорганических покрытий – требования к защитным свойствам и, при необходимости, к толщине.
Специальные свойства покрытий должны соответствовать требованиям конструкторской документации.
По толщине, химическому составу, защитным свойствам и пористости покрытия должны соответствовать требованиям, указанным в ГОСТ 9.301-78.
Вид и толщину покрытия деталей (согласно ГОСТ 9.301—78, ГОСТ 9.073-77, ГОСТ 21 484—76) выбирают в соответствии с требованиями, приведенными в нормативно-технической документации.
Непосредственный практический интерес представляет разработка новых технологических процессов восстановления деталей покрытиями, технологических линий и участков по их нанесению на новые и изношенные детали, эффективных и простых очистных сооружений для обеззараживания промышленных стоков и совершенствования водопотребления при проведении операций электролитического упрочнения  восстановления деталей.
3.Технология упрочнения деталей

Пути технологического обеспечения качества поверхностного слоя и долговечности деталей машин упрочнением показаны на рис.3.1.

Рис.3.1 Пути технологического обеспечения качества поверхностного слоя.
Традиционным является подход, устанавливающий связь режима обработки с эксплутационными свойствами упрочняемой детали (1-5). Недостаток такого подхода в том, что выявленные закономерности не являются справедливыми для других условий. Поэтому при переходе к новому изделию возникает необходимость в повторении трудоемких исследований.
Более обобщенным является обеспечение долговечности детали в две стадии:
На первой (путь 1-3) устанавливается связь технологических факторов с параметрами состояния поверхностного слоя.
На второй (3-5)- влияние этих параметров на эксплуатационные характеристики деталей.
Однако оба подхода имеют основной недостаток- эмпирический путь решения задачи, а следственно, связанные с этим: 1- большую трудоемкость экспериментов, 2- ограниченное число исследований параметров состояния поверхностного слоя, 3- невысокую точность ( в пределах точности метода измерения) их определения.
Эмпирический путь не позволяет использовать ЭВМ для моделирования и технологического проектирования механической обработки деталей с оптимизацией параметров состояния их поверхностного слоя, обеспечивающих заданную долговечность.
Более эффективный подход к технологическому обеспечению эксплуатационных показателей деталей, который базируется на внутренних закономерностях процесса формирования поверхностного слоя в очаге деформации (пути 1-2 и 2-3). Раскрытие таких закономерностей позволит глубже определить влияние параметров состояния поверхностного слоя на процесс разрушения детали (3-4) и эксплуатационные показатели (4-5).
Повышение сопротивления детали разрушению при различных видах эксплуатационного нагружения может быть достигнуто технологическими методами объемного или поверхностного упрочнения. Объемное упрочнение повышает статическую прочность деталей, у которых рабочие напряжения распределены по сечению более или менее равномерно. Для таких деталей используют высокопрочные стали и сплавы, композиционные материалы. Однако большинство деталей работает в условиях, при которых эксплуатационная нагрузка (давление, нагрев, действие окружающей среды и т.п.) воспринимается главным образом их поверхностным слоем. Поэтому износостойкость, зарождение и развитие усталостной трещины, возникновение очагов коррозии зависит от сопротивления поверхностного слоя разрушению. Для деталей, разрушение которых начинается с поверхности, разработано большое количество методов поверхностного упрочнения, основанных не нанесении покрытий или изменения состояния (модификации) поверхности.
При нанесении покрытий упрочнение деталей достигается путем осаждения на нее поверхности материалов, которые по своим свойствам отличаются от основного металла, но наиболее полно отвечают условиям эксплуатации (износ, коррозия, химическое воздействие и т.п.) [7].
При изменении состояния (модификации) поверхностного слоя происходит физико-химическое изнашивание в металле, повышающее его сопротивление разрушению. Модифицирование поверхностного слоя может осуществляться деформационным упрочнением (ППД), поверхностной термообработкой, диффузионным нанесением легирующих элементов.
Не существует универсального метода упрочнения деталей, т.к. один и тот же метод в одних условиях эксплуатации может дать положительный эффект, а в других отрицательный. Поэтому в ряде случаев применяют комбинированное упрочнение деталей, основанное на использовании двух или трех методов упрочнения, каждый из которых позволяет усилить то или иное эксплуатационное качество.
Кроме того, выбор того или иного метода поверхностного упрочнения определяется экономическими соображениями.

Заключение
Электрохимические методы обработки материалов за последние годы все больше применяются как наиболее эффективные и экономичные, а нередко и как единственно возможные способы изготовления заготовок и деталей (особенно из современных высокопрочных и труднообрабатываемых металлических и неметаллических конструкционных материалов). Расширяется внедрение в промышленность так называемой совмещенной, или комбинированной, электрохимической и электрофизической обработки в тех случаях, когда традиционные методы формообразования (обработка резанием, штамповка и др.) дополняются электрохимическим или электрофизическим воздействием на обрабатываемый материал в целях интенсификации операций. В ряде случаев совмещают отдельные разновидности электрохимической обработки. Дальнейшее расширение практического применения этих методов будет способствовать ускорению научно-технического прогресса в машиностроении, приборостроении и других отраслях народного хозяйства.
Электрохимические и комбинированные методы обработки характеризуются приведенными ниже основными технологическими особенностями, отличающими их от традиционных технологий, которые основаны на преимущественно силовом (контактном) воздействии инструмента на заготовку.
1. Осуществлением обработки токопроводящих и нетокопроводящих материалов практически с любыми физическими свойствами с применением механических усилий и без непосредственного механического контакта обрабатывающей поверхности инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки.
Большими технологическими возможностями изменения формы, размеров, шероховатости и свойств обрабатываемых поверхностей заготовок, охватывающими практически все операции машино- и приборостроения.
Получением сложных по форме поверхностей заготовок при сравнительно простой кинематике процессов.
Значительно меньшей зависимостью (а зачастую и полной независимостью) основных технологических показателей процессов от физико-механических свойств обрабатываемого материала. Сравнительно простое изменение этих показателей, при котором не требуется, как правило, замены применяемого оборудования, оснастки и инструмента.
Минимальным влиянием технологических особенностей процессов и операций на механические свойства и эксплуатационные характеристики деталей после обработки электрохимическими и комбинироваными методами.
Относительной простотой, низкой себестоимостью и высокой стойкостью применяемого инструмента, а иногда и отсутствием его износа. В некоторых процессах электрофизической обработки инструмент (в классическом его понимании) вообще отсутствует, а его функции выполняет сформированный соответствующим образом поток электронов, ионов и т. д.
Большими возможностями интенсификации многих технологических процессов механической обработки (резанием и давлением)', нанесения покрытий, сварки, пайки и других, выполняемых традиционными методами с большой трудоемкостью и низким качеством обработки.
Возможностями механизации и автоматизации основных технологических и вспомогательных переходов вплоть до применения робототехнических средств и комплексной автоматизации операций и процессов.
Возможностями сокращения, а во многих случаях и исключения необходимости расходования остродефицитных и дорогих инструментальных сталей и сплавов, а также потерь обрабатываемых материалов.
10. Сравнительно простой утилизацией шлама.
Наряду с перечисленными положительными особенностями электрохимическим методам обработки присущи и некоторые недостатки или ограничения, которые обусловлены их физической сущностью и спецификой. Некоторые из этих недостатков имеют временный характер и могут быть, очевидно, устранены в дальнейшем при совершенствовании этих методов. Основные недостатки указанных методов следующие:
повышенная энергоемкость процессов при равнозначных с механической обработкой производительности и качественных показателях;
относительная громоздкость применяемого технологического оборудования и оснастки, а также необходимость применения (во многих случаях) специальных источников питания электрическим током, устройств для подачи, сбора, хранения и очистки рабочей жидкости.
Список источников
Гуляев А. П., Металловедение, 4 изд., М., 1966;
Гуляев А.П. Прочность металлов при циклических нагрузках, М., 1967;
Папшев Д. Д., Упрочнение деталей обкаткой шариками, М., 1968;
Елизаветин М. А., Сатель Э. А., Технологические способы повышения долговечности машин, 2 изд., М., 1969;
Кудрявцев И. В., Поверхностный наклеп для повышения прочности и долговечности деталей машин, 2 изд., М., 1969;
Данилевский В. В., Технология машиностроения, 3 изд., М., 1972;
Картавов С. А., Технология машиностроения, К., 1974.











2