бабулер48

Перспективные методы восстановления и упрочнения деталей локомотивов

В процессе эксплуатации надежность локомотивов снижается вследствие износа деталей в узлах трения. При текущих ремонтах локомотивов предусматривается чаще всего замена деталей, размеры которых вышли за пределы допустимых, на новые из фонда поставляемых в депо запасных частей. Расходы на приобретение запасных частей составляют значительную часть от общих расходов.
Снижение расходов может быть достигнуто за счет получения более дешевых сменяемых деталей без ограничения эксплуатационных качеств локомотивов. Решение этой задачи возможно путем организации рациональной технологии восстановления изношенных деталей. Повторное использование после восстановления наиболее дорогостоящих деталей позволяет значительно уменьшить материальные и трудовые затраты.
В связи с этим очень важным становится внедрение в локомотивных депо, наряду с традиционными методами восстановления деталей (сварка, наплавка, нанесение гальванических покрытий и т.д.), перспективных способов методом газотермического напыления.
Что означает в общем случае понятие «восстановление деталей»? Это выполнение ряда технологических процессов, позволяющих получать из изношенных изделий детали, параметры и технические данные которых не отличаются от чертежных (паспортных).
Рассмотрим методы газотермического напыления и их технологические особенности. Газотермическое напыление деталей может осуществляться различными способами, из которых наиболее перспективными для внедрения в локомотивном хозяйстве являются плазменное и газопламенное напыления, а также электродуговая металлизация.
Методы газотермического напыления — это родственные технологические процессы. Они имеют общую основу — нанесение на относительно холодную поверхность деталей материала со строго регламентированными свойствами в распыленном или порошкообразном состоянии, и отличаются характером источников энергии, способами распыления и транспортировки материала покрытий.
Сущность газотермического напыления заключается в том, что материал покрытия вводится в источник тепла, температура которого достаточно высока для того, чтобы его расплавить. Поток плазмы или газа, обладающий высокой скоростью, захватывает расплавленные частицы и направляет их на предварительно подготовленную поверхность. Последовательно накладываясь друг на друга, частицы образуют слой покрытия.


При плазменном напылении (рис. 1) источником нагрева и ускорения напыляемых частиц является плазменная струя или скоростной поток плазмы. Плазма образуется в дуговых или высокочастотных плазмотронах. В первом случае подогревателем плазмообразующего газа является дуга, а во втором — индукционный нагрев плазмообразующего газа, т.е. токами высокой частоты. В настоящее время в подавляющем большинстве используются дуговые плазмотроны.
В качестве плазмообразующих газов применяют инертные газы (аргон, гелий и их смеси), активные газы (азот, водород и углеродосодержащие смеси газов), а также смеси инертных газов с активными. В качестве распыляемого материала используют порошки с диаметром от 10 до 150 мкм или проволоку диаметром от 0,8 до 3 мм.
Плазменное напыление относится к универсальному методу. Его универсальность заключается в возможности напыления практически любых материалов, встречающихся в природе: стальных (в том числе легированных), алюминиевых, полимерных. Можно получить материалы практически для любого применения.

При газопламенном напылении (рис. 2) источником нагрева и ускорения напыляемых частиц является пламя, образующееся при сгорании горючих газов в кислороде или другом окислительном газе. Газовое пламя как источник нагрева значительно уступает плазменной струе. Этот метод уже нельзя назвать универсальным, так как процесс напыления удается вести только при условии, если температура плавления напыляемого материала ниже температуры газовой струи. Достоинство газопламенного напыления заключается в простоте метода, несложности применяемого при этом оборудования, что обеспечивает высокую экономичность процесса.
При электродуговой металлизации источником нагрева и расплавления распыляемого материала является электрическая дуга, горящая между двумя металлическими плавящимися электродами (рис. 3). В качестве электродов используется проволока диаметром от 1 до 5 мм из различных материалов. В зависимости от характера и назначения восстанавливаемой детали это могут быть сталь, медь, алюминий, цинк и другие металлы. Распыление расплавленного металла, образующегося на торцах проволок, осуществляется струей сжатого газа (чаще всего воздуха), который подается по центру в зону дуги. Тонкие пленки расплавленного металла срываются с поверхности проволок, распыляются и в виде мелких капель переносятся на поверхность детали. По мере плавления проволока автоматически подается в зону дуги при помощи механизма подачи.

Процесс электродуговой металлизации достаточно экономичен только при применении для распыления воздуха. С металлургической точки зрения воздух не является предпочтительным газом, так как в этом случае происходит окисление расплавленного металла и насыщение его азотом. В покрытии находится значительное количество окислов.
Качество покрытий может быть существенно улучшено при использовании для распыления инертных газов (например, аргона), однако это приводит к удорожанию процесса. Электродуговая металлизация широко используется для получения коррозионно-стойких покрытий (например, различных ферм, емкостей и других изделий).
Для организации производства по восстановлению деталей методом газотермического напыления необходим комплекс основного и дополнительного оборудования. К основному оборудованию относятся непосредственно установки для плазменного и газопламенного нанесения покрытий, а также установка для нанесения покрытий электродуговой металлизацией. К дополнительному оборудованию относятся технологическая оснастка (такая, как камера для дробеструйной обработки деталей), камера для напыления, вращатели и манипуляторы для относительного перемещения деталей и плазмотрона (горелки) и т.д. Указанное выше оборудование и материалы (порошки и проволока) для газотермического напыления давно и успешно выпускаются отечественной промышленностью.
Одним из способов, позволяющих продлить срок службы деталей за счет повышения их износостойкости и вместе с тем доступным в локомотивных депо, является борирование. Борированием называется химико-термическая обработка детали, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагреве в соответствующей среде. Необходимыми условиями формирования боридных слоев на поверхностях стальной детали являются следующие:

• □ наличие у насыщаемой поверхности детали активного атомарного бора;
• □ температура и длительность выдержки, обеспечивающие протекание диффузии атомарного бора в сталь с образованием соединений — боридов железа.

Борированные слои обладают высокой износостойкостью при трении скольжения и стойкостью к воздействию различных агрессивных сред. Например, износостойкость борированной стали 45 в условиях сухого трения скольжения в 4 — 6 раз выше, чем износостойкость цементированной.
Борированные стали обладают высокой коррозионной стойкостью в водных растворах соляной, серной и фосфорной кислот. Однако защита стали от окисления путем борирования нецелесообразна, так как для этого имеются более экономичные и доступные способы.
В отечественной промышленности борирование широко применяется для упрочнения деталей машин, технологической оснастки и штамповочного инструмента. Наиболее перспективны следующие способы борирования:

• в порошковых смесях с использованием герметичных контейнеров;
• в расплаве солей (электролизное и без электролиза);
• газовое;
• из паст (обмазок).

Следует отметить, что процесс борирования является практически конечной операцией обработки рабочей поверхности, поэтому механическую обработку изделий, подлежащих борированию, следует проводить с учетом увеличения их размеров в процессе насыщения. Изменение размеров за счет образованного слоя невелико и составляет на сторону примерно 10 % от толщины образующегося борированного слоя.
С точки зрения изменения шероховатости поверхности необходимо учитывать следующую закономерность. При исходной шероховатости меньше 6-го класса она за счет борирования повышается на 1 — 2 класса. Шероховатость поверхности после борирования сохраняется, если в исходном состоянии она имела 7 — 8-й класс. При исходном состоянии выше 8-го класса шероховатость снижается за счет борирования на 1 — 2 класса.

В локомотивных депо из числа традиционных способов восстановления деталей наиболее часто применяются электродуговая (газовая) сварка, электродуговая (газовая) наплавка, вибродуговая наплавка, гальванический способ (хромирование, осталивание, цинкование, меднение, лужение).
Применяются в депо следующие виды наплавки: ручная, автоматическая и полуавтоматическая. В зависимости от производительности и типа наплавляемой детали применяются разновидности ви-бродуговой и автоматической наплавки: под слоем флюса, в защитной среде углекислого газа или аргона.
С целью уменьшения времени приработки взаимно трущихся деталей и износа их в процессе эксплуатации при ремонте локомотивов на рабочие поверхности наносится антифрикционное покрытие: лужение, ВАП-2 (высокотемпературное антифрикционное покрытие). Для предохранения деталей от коррозии применяются хромирование, цинкование и оксидирование.
Однако восстановление деталей методами газотермического напыления наряду с очевидными преимуществами с традиционными методами (высокая производительность, возможность одновременного с нанесением покрытия упрочнения поверхностного слоя детали) имеет и ряд недостатков. Это, прежде всего, сложность технологии восстановления деталей, относительная дороговизна ее внедрения, необходимость наличия большого запаса деталей, подлежащих восстановлению.
Рассмотрев изложенные в настоящей статье способы восстановления деталей (как прогрессивными, так и традиционными методами), необходимо отметить, что нанесение слоя металла на изношенные поверхности является лишь одной из технологических операций в общем процессе восстановления деталей. Для окончательной механической обработки деталей необходим станочный парк, состоящий из набора токарных, шлифовальных, доводочных и других станков. Организация участка по восстановлению деталей и крупного цеха для механической обработки их в отдельно взятом локомотивном депо является нерентабельным. Технологическое оборудование участка восстановления деталей и станочный парк механического цеха в этом случае будут не загружены ввиду недостаточности номенклатуры и количества деталей локомотивов приписного парка.
Из вышесказанного следует, что для успешного внедрения на железнодорожном транспорте передовых технологий по восстановлению и упрочнению деталей тягового подвижного состава необходимо двигаться по пути создания крупных производственных комплексов. В таких комплексах можно организовать участки восстановления деталей как прогрессивными, так и традиционными способами. Целесообразно здесь же изготавливать и запасные части. В таком случае возможно создание общего механического цеха для финишной обра
ботки как восстановленных деталей, так и вновь изготовленных запасных частей.
Большое значение в этом случае приобретает создание полноценной технологической службы. В обязанность такой службы входили бы:

• ♦ подготовка и сортировка поступающих для восстановления деталей;
• ♦ отбраковка имеющих дефекты деталей для сдачи их в металлолом;
• ♦ выбор наиболее правильной и экономичной для каждой конкретной детали технологии восстановления;
• ♦ контроль за соблюдением технологии восстановления и механической обработки деталей;
• ♦ окончательная приемка и выдача заключения о пригодности деталей к дальнейшей их эксплуатации.

В заключение хотелось бы отметить, что создавать крупные комплексы по восстановлению деталей и изготовлению запасных частей целесообразно в пределах одной или нескольких железных дорог. В этом случае необходимо наладить транспортировку из локомотивных депо изношенных деталей и получение восстановленных.

Инж. А.П. БЕЛИЧЕНКО,
г. Москва