Гальванические покрытия поверхностей деталей

Электролитическое хромирование как технологический метод повышения износостойкости стальных изделий занимает одно из первых мест.

Хром отличается высокой твердостью, значительной проч­ностью сцепления со сталью и химической стойкостью. Свойст­ва его в значительной степени зависят от режима осаждения на поверхность. Изменяя только плотность тока и температуру раствора электролита, можно изменять твердость покрытия в пределах НВ 450—1000. При этом износостойкость покрытия может изменяться почти в 10 раз. На рис. 13.1 показаны ха­рактерные зоны хромовых покрытий в зависимости от темпера­туры хромирования I и плотности тока б.

Коэффициент теплопроводности хромового покрытия в не­сколько раз выше, чем у железа и его сплавов. Коэффициент линейного расширения хрома в 1,5 раза меньше коэффициента линейного расширения стали, но это не приводит к отслаива­нию.

Рис. 13.1. Характерные зоны хромовых покрытий:

/ — блестящие гладкие твердые осадки; // — блестящие гладкие осадки; III — гладкие по­лублестящие и очень твердые осадки; IV — матовые осадки малой твердости;

V —мато­вые и хрупкие осадки

Повышения теплостойкости хромового покрытия до 950— 1000°С с сохранением высокого сопротивления изнашиванию можно достичь карбидизацией покрытия путем воздействия на него паров бензина при температуре 950—1050°С Это связано с тем, что карбиды заполняют трещины, имеющиеся в покры­тии.

Пористый хром можно подразделить на хром с крупной, средней и мелкой пористостью. Пористость может быть и то­чечной.

Пористость хромового покрытия может быть достигнута травлением. К травлению пригодны блестящие хромовые по­крытия. При травлении, наряду с образованием пористости, не­сколько уменьшается толщина покрытия. Точечная пористость образуется при значительном протравливании хрома со сред­ней пористостью. После образования пористости покрытие хо­нингуется или притирается.

Сущность пятнистого хромирования заключается в образо­вании на покрытии детали отдельных углублений анодным травлением. Анодную обработку производят с помощью алюми­ниевого экрана с расположенными в шахматном порядке от­верстиями. Преимущества пятнистого хромирования по срав­нению с пористым: облегчается контроль; не требуется строгое поддержание температуры и состава электролита; экономится хромовый ангидрид и электроэнергия.

Для хромирования пригодна поверхность шлифованная, хо­нингованная, подвергнутая доводке или полированию. Для де­талей, у которых толщина слоя хромирования превышает 0,05 мм, достаточно шлифования.

При шлифовании хромированных деталей часто появляются шлифовочные трещины,, которые возможны не только в слое хрома, но и в основном металле, где они особенно опасны для деталей, работающих при значительных переменных нагруз­ках. Трещины образуются даже при незначительном наруше­нии режимов резания. Причина заключается в том, что темпе­ратурные напряжения, возникающие при шлифовании, склады­ваются с напряжениями растяжения в хромовом слое, а также с напряжениями, вызванными различием коэффициентов линей­ного расширения хрома и стали. Шлифовочные трещины обра­зуются наиболее часто на закаленных и азотированных сталях.

При больших толщинах хромового покрытия возрастает опасность отслаивания осадка. Тем не менее применяют по­крытия толщиной до 1,6 мм.

Детали с небольшой толщиной слоя (5—7,5 мкм) хроми­руют около 15 мин. Толщина покрытия инструмента составля­ет 0,05 мм; пресс-форм для пластмасс 0,91 мм, подшипников скольжения, валов насосов, поршневых пальцев 0,2 мм и бо­лее. Номинальная толщина слоя для крупных валов составляет 1,4 мм. Поршневые кольца автотракторных двигателей хроми­руют на толщину 0,10—0,15 мм.

Электролитическое хромовое покрытие вследствие высокой твердости трудно прирабатывается, плохо смачивается масла­ми— все это затрудняет применение гладкого хромового по­крытия в ряде узлов трения. Хромовое покрытие имеет очень прочную и тонкую оксидную пленку на поверхности, препятст­вующую осаждению на хром каких-либо мягких приработочных покрытий.

Пористое покрытие по сравнению с гладким прирабатыва­ется значительно легче. Пористость способствует упругой и пластической деформации тонких поверхностных слоев.

Для улучшения прирабатываемости пары хром — сталь при­меняют оксидирование или фосфатирование стальной поверх­ности. Для лучшей прирабатываемости хромированных цилинд­ров двигателей на стенке гильзы создают слой пористого хро­ма с последующим нанесением на него тонкой пленки дисуль­фида молибдена или коллоидного графита и слоя органическо­го вещества, обугливающегося при нагреве (патент США кл. 204-26 № 2980593). Нагрев слоя производят газовой горелкой до температуры свыше 230—260°С.

Хромирование, не оказывая заметного влияния на статиче­скую прочность сталей, снижает их сопротивление усталости. Основной причиной этого считается наличие в слое хрома на­пряжений растяжения. В результате их действия, усиливаемо­го высокой хрупкостью покрытия, образуются трещины, ста­новящиеся концентраторами напряжений.

Проведенные В. С. Борисовым испытания коленчатых ва­лов диаметром 82 мм показали, что сопротивление усталости сохраняется как при изгибе, так и при кручении вала, если слой хрома на шейке не будет покрывать галтели, сопрягающие ее со щеками. При назначении хромирования для деталей, ра­ботающих при высоких переменных напряжениях, необходимо учитывать наличие конструктивных концентраторов напряжений и влияние их как на участке предполагаемого покрытия, так и вне его.

Низкотемпературный отпуск хромированных деталей не­сколько повышает их предел выносливости. Для снижения ос­таточных напряжений растяжения в покрытии целесообразно хромировать детали током переменной полярности. Ликвиди­ровать отрицательное влияние хромового покрытия можно предварительным кратковременным азотированием или упроч­нением деталей накатыванием.

Прочность хромового покрытия при циклических контакт­ных нагрузках возрастает с увеличением прочности стального основания и толщины слоя; она больше для матовых осадков, чем для блестящих.

В отличие от разрушения стали и других металлов при кон­тактных нагрузках разрушение хромового покрытия начина­ется с появления на его поверхности сетки трещин. По мере увеличения числа циклов нагружения ширина трещин увеличи­вается и могут возникнуть первые язвинки, чаще всего на пе­ресечении трещин или у их границ. При малой прочности стального основания (стали 45 и 25) и больших контактных на­грузках может происходить пластическая деформация (раска­тывание) рабочей поверхности, при этом в образовавшиеся тре­щины затекает основной материал. На более твердом основа­нии трещины развиваются в основном материале под слоем хрома параллельно слою покрытия.

Хромированные поверхности целесообразно применять при работе в паре с баббитами, мелкозернистым чугуном или с де­талями из мягких и среднезакаленных сталей при наличии сма­зочного материала и не слишком высоком давлении. Не реко­мендуется хромировать детали, работающие в паре с титаном.

О целесообразности применения хромированных деталей в паре с бронзами единого мнения нет. Имеется положительный опыт работы пары хром — бронза БрАЖМц в шарнирно-болто-вых соединениях при использовании смазки. ЦПАТИМ-201. Ис­пытания же хромированных поршневых пальцев автомобильных двигателей в паре с бронзой БрОЦСб—6—3 показали неудов­летворительные результаты: бронза налипала на хром (В. А. Шадричев). Отмечается также большая склонность хро­ма к схватыванию со свинцовистой бронзой. Алюминий и его сплавы с хромовым покрытием работают плохо.

Хромовое покрытие благодаря высокой твердости, мелко­дисперсное™, хорошей теплопроводности и теплостойкости об­ладает высоким сопротивлением изнашиванию в условиях тре­ния при граничной смазке. Хром в ряде случаев в 4—5 раз бо­лее износостоек, чем азотированная сталь, и в 10—15 раз — чем конструкционная сталь. Хромирование, однако, не заменяет за­калки и цементации. Целесообразность хромирования закален­ных и цементованных сталей определяется большей износо- и коррозионной стойкостью хрома.

Исследование И. С Вороницыным механизма изнашивания хромового покрытия методом рентгеноструктурного анализа по­казало, что поверхностные слои хрома в процессе трения под­вергаются наклепу, испытывая значительную пластическую де­формацию, после которой происходит отделение мельчайших частиц хрома.

Хром, мало изнашиваясь сам, почти не изнашивает сопря­женную с ним стальную или чугунную поверхность. Повыше­ние износостойкости сопряженной поверхности, работающей в паре с хромом, до некоторой степени подтверждается испы­таниями С. Д. Стренга и Д. Т. Барвелла на износ стальных 1,4 мм. Поршневые кольца автотракторных двигателей хроми­руют на толщину 0,10—0,15 мм.

Электролитическое хромовое покрытие вследствие высокой твердости трудно прирабатывается, плохо смачивается масла­ми— все это затрудняет применение гладкого хромового по­крытия в ряде узлов трения. Хромовое покрытие имеет очень прочную и тонкую оксидную пленку на поверхности, препятст­вующую осаждению на хром каких-либо мягких приработочных покрытий.

Пористое покрытие по сравнению с гладким прирабатыва­ется значительно легче. Пористость способствует упругой и пластической деформации тонких поверхностных слоев.

Для улучшения прирабатываемости пары хром — сталь при­меняют оксидирование или фосфатирование стальной поверх­ности. Для лучшей прирабатываемости хромированных цилинд­ров двигателей на стенке гильзы создают слой пористого хро­ма с последующим нанесением на него тонкой пленки дисуль­фида молибдена или коллоидного графита и слоя органическо­го вещества, обугливающегося при нагреве (патент США кл. 204-26 № 2980593). Нагрев слоя производят газовой горелкой до температуры свыше 230—260°С.

Хромирование, не оказывая заметного влияния на статиче­скую прочность сталей, снижает их сопротивление усталости. Основной причиной этого считается наличие в слое хрома на­пряжений растяжения. В результате их действия, усиливаемо­го высокой хрупкостью покрытия, образуются трещины, ста­новящиеся концентраторами напряжений.

Проведенные В. С. Борисовым испытания коленчатых ва­лов диаметром 82 мм показали, что сопротивление усталости сохраняется как при изгибе, так и при кручении вала, если слой хрома на шейке не будет покрывать галтели, сопрягающие ее со щеками. При назначении хромирования для деталей, ра­ботающих при высоких переменных напряжениях, необходимо учитывать наличие конструктивных концентраторов напряжений и влияние их как на участке предполагаемого покрытия, так и вне его.

Низкотемпературный отпуск хромированных деталей не­сколько повышает их предел выносливости. Для снижения ос­таточных напряжений растяжения в покрытии целесообразно хромировать детали током переменной полярности. Ликвиди­ровать отрицательное влияние хромового покрытия можно предварительным кратковременным азотированием или упроч­нением деталей накатыванием.

Прочность хромового покрытия при циклических контакт­ных нагрузках возрастает с увеличением прочности стального основания и толщины слоя; она больше для матовых осадков, чем для блестящих.

В отличие от разрушения стали и других металлов при кон­тактных нагрузках разрушение хромового покрытия начина­ется с появления на его поверхности сетки трещин. По мере увеличения числа циклов нагружения ширина трещин увеличи­вается и могут возникнуть первые язвинки, чаще всего на пе­ресечении трещин или у их границ. При малой прочности стального основания (стали 45 и 25) и больших контактных на­грузках может происходить пластическая деформация (раска­тывание) рабочей поверхности, при этом в образовавшиеся тре­щины затекает основной материал. На более твердом основа­нии трещины развиваются в основном материале под слоем хрома параллельно слою покрытия.

Хромированные поверхности целесообразно применять при работе в паре с баббитами, мелкозернистым чугуном или с де­талями из мягких и среднезакаленных сталей при наличии сма­зочного материала и не слишком высоком давлении. Не реко­мендуется хромировать детали, работающие в паре с титаном.

О целесообразности применения хромированных деталей в паре с бронзами единого мнения нет. Имеется положительный опыт работы пары хром — бронза БрАЖМц в шарнирно-болто-вых соединениях при использовании смазкиЦИАТИМ-201. Ис­пытания же хромированных поршневых пальцев автомобильных двигателей в паре с бронзой БрОЦСб—6—3 показали неудов­летворительные результаты: бронза налипала на хром (В. А. Шадричев). Отмечается также большая склонность хро­ма к схватыванию со свинцовистой бронзой. Алюминий и его сплавы с хромовым покрытием работают плохо.

Хромовое покрытие благодаря высокой твердости, мелко­дисперсное™, хорошей теплопроводности и теплостойкости об­ладает высоким сопротивлением изнашиванию в условиях тре­ния при граничной смазке. Хром в ряде случаев в 4—5 раз бо­лее износостоек, чем азотированная сталь, и в 10—15 раз — чем конструкционная сталь. Хромирование, однако, не заменяет за­калки и цементации. Целесообразность хромирования закален­ных и цементованных сталей определяется большей износо- и коррозионной стойкостью хрома.

Исследование И. С. Вороницыным механизма изнашивания хромового покрытия методом рентгеноструктурного анализа по­казало, что поверхностные слои хрома в процессе трения под­вергаются наклепу, испытывая значительную пластическую де­формацию, после которой происходит отделение мельчайших частиц хрома.

Хром, мало изнашиваясь сам, почти не изнашивает сопря­женную с ним стальную или чугунную поверхность. Повыше­ние износостойкости сопряженной поверхности, работающей в паре с хромом, до некоторой степени подтверждается испы­таниями С Д. Стренга и Д. Т. Барвелла на износ стальных гильз и хромированных поршневых колец двигателя внутрен­него сгорания. Опыты свидетельствуют, что в процессе трения происходил перенос частиц хрома с поршневых колец на ци­линдры толщиной слоя в среднем 0,00075 мкм (это около двух атомных расстояний). С увеличением длительности испытаний количество хрома на зеркале цилиндра не увеличивается. Наи­больший перенос хрома отмечался в верхней и нижней частях цилиндра. Можно предположить, что хромированное кольцо работает по слою атомного хрома.

Для каждого вида хромового покрытия должны быть опре­делены наиболее выгодные условия его применения.

Гладкое хромовое покрытие целесообразно применять для деталей, работающих в условиях достаточного смазывания и при небольших скоростях скольжения. В иных условиях глад­кая поверхность хрома неработоспособна — на ней появляются риски и задиры.

Пористое хромовое покрытие менее износостойко, чем глад­кое покрытие. В условиях же недостаточного смазывания преи­мущество имеет пористый хром, так как находящееся в порах смазочное масло предотвращает возникновение трения без СМ и образование очагов схватывания. Пористый хром, однако, не способен работать в паре с мягкими антифрикционными ма­териалами, например с бронзами или с баббитом, —острые кромки слоя хрома срезают тонкую стружку мягкого металла, которая впрессовывается в поры хрома, что в результате при­водит к трению однородных мягких материалов и к задирам. Износостойкость пористого хромового покрытия и сопряженной с ним поверхности в большой степени зависит от величины пло­щадок хрома, ширины и глубины каналов между ними. При­менительно к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания уста­новлено, что наибольшей износостойкостью обладает пористое хромовое покрытие с шириной каналов от 0,08 до 0,06 мм при числе площадок от 12 до 25 на 1 мм².

Сравнительные испытания в условиях трения при гранич­ной смазке показали, что износостойкость хромового покрытия по накатке в 1,5 раза выше износостойкости пористого хромо­вого покрытия. Сопряженную поверхность пористое хромовое покрытие изнашивает в 2 раза больше, чем гладкое, или по­крытие по накатанной поверхности.

Пятнистое покрытие лучше гладкого удерживает смазочный материал, но труднее прирабатывается пористое покрытие. Пятнистое покрытие в некоторой мере подобно покрытию хро­мом по накатке.

Гладким хромом покрывают калибры и мерительный инст­румент, штампы, пресс-формы, гидравлические цилиндры, плун­жеры и т. д. Стойкость мерительного инструмента при хромиро­вании увеличивается в 8—10 раз, инструмента для холодной

протяжки — до 5 раз, валков холодной прокатки — от 3 до 4 раз. При хромировании значительно повышается износостой­кость штампов и пресс-форм для обработки неметаллических материалов.

Износостойкость деталей при хромировании не повышается, если при их рабочей температуре происходит изменение твер­дости хрома. Поэтому штампы целесообразно хромировать при температурах их работы не выше 50°С

Хромирование плунжерных пар увеличивает их износостой­кость в среднем в 2,5—3 раза и позволяет полностью восстанав­ливать изношенные детали.

С освоением процесса пористого хромирования получило распространение хромирование цилиндрических гильз и порш­невых колец двигателей внутреннего сгорания. Хромированию подлежат либо гильза, либо кольцо. Хромированные поршне­вые кольца хорошо работают в паре с серым чугуном и азо­тированной сталью. Постановка новых хромированных колец в уже изношенные цилиндры допустима при овальности послед­них не более 0,15% от диаметра.

Вследствие большой трудоемкости процесса хромирование гильз не получило широкого распространения в автотракторо­строении: в основном хромируют поршневые кольца, обычно верхнее.

Электр о ли ти че с кое никелирование предназначается для по­вышения износостойкости и для восстановления шпинделей ме­таллорежущих станков, поршневых пальцев, гильз цилиндров, поршней гидравлических машин, направляющих, втулок и др. При восстановлении размеров толщина слоя может достигать 1,25 мм.

Коэффициент линейного расширения никеля близок к коэф­фициенту линейного расширения стали. При трении без СМ износостойкость никелевого покрытия в 2,5—3 раза выше, чем закаленной стали, и на 10—20% ниже, чем электролитического хрома. Мощность источников постоянного тока при никелиро­вании в 3—4 раза меньше, чем при хромировании, а расход эле­ктроэнергии меньше в 20 раз.

Для увеличения твердости и прочности сцепления покрытия с основным металлом деталь подвергают нагреву в течение 1 ч при температуре 300—400°С

Железнение — процесс электролитического осаждения желе­за из водных растворов его закисных солей. Железо осаждают на катоде; анодом служат прутки или полосы малоуглероди­стой стали.

Электролитически осажденное железо отличается высокой химической чистотой, благодаря чему его коррозионная стой­кость выше, чем малоуглеродистой стали; по структуре состоит из вытянутых по направлению к покрываемой поверхности зерен; имеет предел прочности 350—450 МПа, относительное уд­линение 5—10%, твердость НВ 100—240 в зависимости от со­става электролита и условий электролиза. Последние совмест­но определяют размеры зерна, содержание в осадке водорода, остаточные напряжения и твердость. Остаточные напряжения могут вызвать растрескивание, разрыв и отслаивание покрытия.

Отпуск при температуре 250—350°С в течение 1,5—2 ч уменьшает водородную хрупкость осадка, повышает твердость на 5—10% и улучшает сцепление с основным металлом. Проч­ность сцепления колеблется от 20 до 200 МПа в зависимости от технологии процесса в целом и характера основного металла. При повышении температуры отпуска до 500—600°С остаточные напряжения снижаются на 15—20%, но при этом твердость по­крытия убывает на 40—45% по сравнению с исходной.

Наиболее широкое применение железнение нашло как сред­ство наращивания металла на изношенную поверхность сталь­ных и чугунных деталей при восстановлении их размеров. Же­лезнение является экономически весьма эффективным способом восстановления деталей: компоненты электролитов недефицит­ны, скорость наращивания слоя высокая, толщина слоя может достигать 8 мм. Если необходима более высокая твердость, на­пример при восстановлении цементованных изделий, то прибе­гают к хромированию или цементации покрытия.

Для получения износостойких покрытий с повышенными ме­ханическими свойствами и улучшенной структурой железнение производят в электролитах, содержащих марганец или никель. Иногда применяют совместное осаждение на катоде железа и углерода. Содержание углерода в покрытии может быть дове­дено до 0,6%. Такие покрытия хорошо закаливаются и шлифу­ются. Покрытия получаются пористыми, с мелкими, равномер­но распределенными порами.

Б. Д. Грозиным и его сотрудниками предложено покрытие из оксидированного слоя железа, нанесенного электролитиче­ским осаждением на пористый слой хрома чугунного поршне­вого кольца. Осажденное железо сцепляется с пористым хро­мом, заполняет поры и укрепляет отдельные выступы хрома, предохраняя их от обламывания.

Серебрение, лужение, с в и нцеван и е и гальваническ и е покры­т и я с п лавами. Род и рование. Серебро — ковкий металл с темпера­турой плавления 961°С хорошо смачивается смазочными мас­лами, обладает высокой теплопроводностью, стоек к воздейст­вию кислот, содержащихся в маслах. Для создания антифрик­ционного слоя серебра толщиной до 1,2 мм применяют электро­литическое осаждение или наплавку.

Недостаток серебрения связан со сложностью обеспечения прочного сцепления слоя с основой. Применение подслоя никеля или меди для улучшения сцепляемости, по данным некото­рых работ, не дало положительных результатов.

Один из серьезных недостатков подшипников с серебряным покрытием — их повышенная чувствительность к загрязнени­ям, быстро выводящая подшипник из строя. Для лучшей при-рабатываемости подшипники часто покрывают тонким слоем свинца. Приработку таких подшипников следует проводить осо­бенно осторожно, рекомендуется холодная обкатка.

Олово обладает значительной пластичностью и химической устойчивостью; температура его плавления 231,9°С Оловянные покрытия прочно сцепляются с основным металлом. Покрытие оловом используют для ускорения приработки поверхности чу­гунных и алюминиевых поршней и поршневых колец. Лужение этих деталей производят гальваническим способом. На порш­нях покрытие осуществляется до прорезки канавок под кольца. Толщина слоя олова около 20 мкм, на поршневых кольцах крупных двигателей— 100 мкм.

Свинец—металл высокой пластичности и низкой механиче­ской прочности с температурой плавления 327,4°С; имеет ма­лую теплопроводность. Свинцевание используют для улучшения приработки таких деталей, как пористо-хромированные поршне­вые кольца и вкладыши подшипников.

Существенным недостатком свинцового покрытия является коррозионное разрушение его с течением времени кислотами, содержащимися в смазочных маслах.

Свинцово-индиевое покрытие более стойко к действию кис­лот. Индий — ковкий, мягкий металл с температурой плавле­ния 156°С Как компонент сплава он предназначен для устра­нения склонности свинца к растворимости в органических кис­лотах. Износ шеек коленчатых валов при таких покрытиях меньше, чем при свинцовых. Опыт эксплуатации свинцово-ин-диевых покрытий на втулках, залитых свинцовой бронзой, по­казал целесообразность и безопасность покрытий толщиной до 0,1 мм. Несмотря на наличие индия в покрытии, оно все же подвержено действию коррозии и поэтому в эксплуатации к мас­лам добавляют антиокислительные присадки.

Более доступны и более коррозионно-стойки свинцово-оло-вянные покрытия. Толщина слоя покрытия, наносимого на свин­цовую бронзу, составляет 30—50 мкм. Сплав ПОС-5-11 с со­держанием 5—117о олова и 89—95% свинца, осаждаемый в борофтористо-водородной ванне при температуре 18—25°С на поверхность стального вкладыша, может служить даже заме­нителем свинцовой бронзы.

Электролитическое родирование применяют для покрытия рабочих поверхностей коллекторов электрических машин, что увеличивает срок службы коллекторов, снижает сопротивление скользящего контакта и рабочую температуру коллектора. Поскольку покрытие родием удлиняет время притирки щеток (примерно в 3 раза), притирку щеток к коллектору следует производить до покрытия его родием.

13.2. НАПЛАВКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Наплавка, применяемая при ремонте и в основном производстве, помимо восстановления изношенных поверхностей служит для повышения стойкости деталей и инструмента к аб­разивному изнашиванию, электрохимической коррозии, эрозии, кавитационному разрушению, окалинообразованию. Наплавка как процесс отличается большой гибкостью: непосредственно на рабочей поверхности изделию можно получить сплав с раз­личным сочетанием свойств. Наплавка позволяет заменить в изделии высоколегированную сталь углеродистой или низколе­гированной сталями. Наплавка цветных металлов позволяет уменьшить их расход.

При наплавке происходит сплавление наносимого слоя с ос­новным металлом, что обеспечивает хорошее их сцепление. Наименьшая толщина наплавленного металла при соответст­вующих способах наплавки может быть порядка 0,25 мм, верх­ний же предел технологически не ограничен. Производитель­ность процесса высокая, возможность многократного восстанов­ления изношенных деталей позволяет уменьшить расход метал­ла на запасные части.

О высокой технико-экономической эффективности наплавки свидетельствует следующий пример. Длительное время пробле­ма стойкости валков непрерывного трубопрокатного стана ос­тавалась нерешенной. Использование легированных сталей для изготовления валков не дало существенного эффекта. В основ­ном применяли кованые валки из стали 55. Для замены вал­ков стан еженедельно 5—6 раз останавливался с простоями до 3 ч. Через 13—15 переточек валка дальнейшая его эксплуата­ция оказывалась невозможной. Средний годовой расход валков на стан составлял 300 шт. После введения наплавки по калиб­ру валка средняя продолжительность работы стана повысилась в 4 раза, расход валков снизился в 23,7 раза, а производитель­ность стана в результате сокращения простоев увеличилась при­мерно на 10%.

Необходимо регулировать долю основного металла в метал­ле наплавки. Эта регулировка нужна для того, чтобы при на­плавке высоколегированных металлов не происходило разбав­ления наплавленного слоя компонентами из основного металла, ухудшающими свойства слоя. Многослойная наплавка умень­шает влияние состава основного металла.

• Правильный выбор термических условий наплавки (темпе­ратура до, во время и после наплавки) должен предупредить образование трещин в наплавленном металле и в зоне термического влияния и обеспечить определенную структуру в слое. Для предупреждения горячих трещин применяют предварительный подогрев. Его температура должна быть тем выше, чем больше склонность наплавленного металла к образованию трещин. Пред­варительный подогрев не требуется при наплавке на детали ма­лых размеров.

Во время наплавки необходимо поддерживать температуру предварительного подогрева. При многоэлектродной наплавке и наплавке лентой приток теплоты в большинстве случаев до­статочен и надобность в подогреве отпадает [15].

От скорости охлаждения зависит структура наплавленного металла, возможность образования холодных трещин и степень трудности последующей механической его обработки. В боль­шинстве случаев скорость охлаждения должна быть 10—30°С/с. Крупногабаритные изделия по окончании наплавки необходи­мо подогревать для выравнивания температуры, после чего медленно охлаждать.

Слой наплавки низкоуглеродистой стали имеет невысокую твердость; ее можно повысить цементацией. Среднеуглеродистую сталь в наплавленном слое можно подвергнуть поверх­ностной закалке. Эти стали применяют для восстановления раз­меров шпинделей, валов и осей.

Предварительный подогрев деталей перед наплавкой и мед­ленное их охлаждение после наплавки усложняют наплавоч­ные работы. Для упрощения технологии более целесообразно производить легирование наплавленного металла малым ко­личеством хрома, марганца и кремния.

Отбеленный чугун, получаемый при механизированной на­плавке чугунной лентой под флюсом, отличается хорошей стой­костью в абразивной среде.

Для износостойких сплавов важна твердость. Высокой твер­достью обладают карбиды. Чем больше карбидов в покрытии, тем оно тверже. Наибольшую износостойкость имеют железные сплавы, легированные марганцем, хромом, вольфрамом, тита­ном и другими металлами, карбиды которых находятся в струк­туре в виде твердых включений. Карбиды железа при высоких температурах сравнительно легко распадаются, переходя в ра­створ.

Покрытие из одних карбидов было бы чрезмерно хрупким. Нужна связующая основа, которая, обладая надлежащими прочностью и вязкостью, препятствовала бы выкрашиванию карбидов при работе наплавленного слоя.

Прочность и вязкость основы (феррита) может быть повы­шена соответствующим легированием никелем, марганцем, бо­ром (до 0,4%) и другими присадками.

Выбор наплавляемого металла зависит от вида изнашива­ния поверхности и условий работы детали. В отдельных случаях требуется изыскание оптимального состава и структуры Толщина наплавленного слоя определяется: для деталей, работающих на трение скольжения, — припуском на износ; длz деталей, работающих при трении качения, — отсутствием на пряжений в основе, вызывающих пластическую деформацию для деталей, испытывающих действие переменных темпера­тур,— минимумом температурных колебаний на границе слоя с основой. В других случаях толщина наплавки определяете конструкцией.

Наплавленный металл вследствие возможного наличия в нем газовых пор, шлаковых включений, трещин и непроваров имеет более низкий предел выносливости, чем основной или ко­ваный металл того же химического состава и структуры. Со­противление усталости в зависимости от режима наплавки мо­жет снизиться до 25%. Упрочнение накатыванием действует благоприятно, но даже при оптимальных режимах наплавки не повышает предел выносливости до исходного.

Снижение сопротивления усталости следует учитывать при наплавке деталей, работающих при значительных переменных напряжениях.