18 февраля 2018г.
Введение
Газопламенное напыление, благодаря простоте и дешевизне процесса, широко применяется для восстановления геометрии изношенных деталей, а так же придания поверхности деталей износоустойчивых, коррозионно-стойких, декоративных свойств [1,2].
К недостаткам газопламенного напыления относится ограниченная прочность сцепления покрытия с основным металлом[3]. Предварительная обработка поверхности основы относится к числу важнейших факторов, определяющих прочность сцепления напыленного покрытия с основным металлом. Для того чтобы напыляемые частицы, которые ударяются и деформируются об основу, прочно сцеплялись с неровностями поверхности, основа должна быть достаточно шероховатой. Кроме того, так же возможно создание искусственной неровности в виде рваной резьбы или профиля накатки увеличивающей площадь напыления [3].
Методика исследования
Исследования влияния характера предварительной подготовки основного металла на прочность сцепления покрытия проводили с использованием установки с горелкой FS-15 (Рисунок 1).
Регулирование давления газов осуществлялось газовыми редукторами БКО-50-5-АЛ и БПО-5-СВ- АЛ. Регулирование расхода кислорода и горючего газа осуществлялось ротаметром марки GTV. Подача сжатого воздуха обеспечивалась винтовым компрессором Comprag А-1108 при
стабилизации давления редуктором-осушителем Pneumax.
Для стабилизации пространственного положения горелки FS-15 изготовлена колонна (Рисунок 2) с перемещением в трех плоскостях. Вертикальное перемещение осуществляется электроприводом через винтовую пару. Перемещения в горизонтальной плоскости осуществляется вручную.
Было предложено оценивать прочность сцепления по усилию отрыва напыленного слоя от основного металла. Напыление производилось на образцы из стали 20 диаметром 70 мм и толщиной 25мм, со сквозным отверстием диаметром 16мм в центре, и фаской для установки стержня, который плотно закрывает отверстие (Рисунок3). После напыления через стержень напыленный слой отрывали от основного металла. Прочность сцепления при этом рассчитывается по формуле:
где: F- усилие отрыва папыленного слоя, Н;
Р - площадь контакта оторванного (напыленного) слоя и основного металла, мм2.
Для исследования влияния обработки поверхности на прочность сцепления поверхность образцов подвергалась механической обработке, струйно-абразивной обработке никельшлаком с фракцией 0.5-1.5, нарезанию рваной резьбы по спирали Архимеда, а так же комбинированию их. Затем поверхность обезжиривалась
ацетоном
и
наносился основной
слой
покрытия
из проволоки Св-08Г2С. Напыление выполнялось под углом 90 градусов, в центр образца, с расстояния 150мм от среза сопла метализатора. Напыление на все образцы производилось по режиму, данному в таблице 1.
Таблица 1 - Режим напыления
|
Давление
воздуха, МПа
|
Давление
кислорода, МПа
|
Расход
кислорода, л/мин
|
Давление пропана, МПа
|
Расход пропана, л/мин
|
Скорость подачи проволоки, м/сек
|
|
0,5
|
0,7
|
58
|
0,2
|
30
|
0,4
|
Результаты исследования
Проведенные исследования показали, что нанесение
покрытия газопламенным напылением без предварительной обработки зачастую приводит к отслоению его от основного металла или же значения прочности сцепления ниже 1 МПа (Таблица 2). Применение абразивно-струйной обработки никельшлаком 0.5-1.5 позволяет повысить прочность
сцепления покрытия с основным металлом, еще более высоких значений можно добиться, используя предварительное нанесение рваной резьбы. Предварительный подогрев при этом, так же значительно повышает прочность сцепления, практически на 50%. Максимальная прочность сцепления достигается при применении комбинированной обработки: рваная резьба и пескоструйная обработка никельшлаком 0.5-1.5, и предварительный подогрев.
Таблица 2- Зависимость прочности сцепления от характера подготовки поверхности основного металла диаметром 70мм
|
№ образца
|
Характер подготовки поверхности
|
Подогрев
|
Усилие отрыва; Н
|
Прочность
сцепления сцепления МПа
|
|
1
|
Механическая обработка
|
350ºС
60
мин
|
1380
|
Менее 1
|
|
2
|
Абразиво-струйная
обработка никельшлаком0.5-1.5
|
-
|
1153
|
1.2
|
|
3
|
Рваная резьба
|
-
|
1480
|
2.1
|
|
4
|
Рваная резьба
|
350ºС
60
мин
|
1400
|
3.3
|
|
5
|
Рваная резьба, абразиво- струйная обработка
|
-
|
1500
|
4.4
|
|
6
|
Рваная резьба,
абразиво- струйная обработка
|
350ºС
60
мин
|
2490
|
7.4
|
Выводы:
Повышение шероховатости напыляемой поверхности за счет абразивной обработки, позволяет повысить прочность сцепления основного металла и напыленного слоя. Нарезание рваной резьбы, позволяет повысить значения прочности сцепления не менее, чем на 50%. Наиболее высокие значения прочности сцепления покрытия с основным металлом можно получить при комбинированной обработке поверхности: нарезание рваной резьбы плюс абразивная обработка и применение подогрева.
Список литературы
1.
Балдаев Л.Х. Газотермическое напыление [Текст]: учеб. пособие для вузов / Л.Х. Балдаев[и др.]- М.:Маркет ДС, 2007. - 344с.
2.
Сокоров И. О. Технология упрочнения тяжелонагруженных деталей газо-термическим напылением [Текст] :Монография / И. О. Сокоров,Н. В. Спиридонов, М. В. Нерода; Под ред. Е.Г.Хохол. — Барановичи :РИО БарГУ, 2012. — 183с.
3.
Хасуи А. Наплавка и напыление [Текст]: А. Хасуи, О. Моригаки; пер. с яп. В.Н. Попова, ред. В.С. Степина, Н.Г. Шестеркина. –
Москва: «Машиностроение», 1985. – 240 с.
