способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей

Формула изобретения

Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, включающий механическую обработку изношенной поверхности, нагрев, газопламенное напыление износостойкого слоя с последующим оплавлением поверхности покрытия, отличающийся тем, что предварительно осуществляют электродуговую наплавку изношенной поверхности с учетом припуска на последующую механическую обработку, которую проводят с занижением номинального размера детали, затем осуществляют дробеструйную активацию обработанной поверхности, а газопламенное напыление осуществляют самофлюсующимся порошковым сплавом с последующим оплавлением нанесенного покрытия путем нагрева детали до температуры 950-1050°С, причем покрытие наносят с превышением номинального размера детали на величину усадки покрытия после полного охлаждения детали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии восстановления или упрочнения механизированной электродуговой наплавкой изношенных поверхностей стальных деталей, преимущественно пассажирских и грузовых вагонов железнодорожного подвижного состава.

Известен способ восстановления деталей, при котором на изношенную часть детали устанавливают и закрепляют сваркой предварительно сформированную оболочку, внешнюю часть которой формируют по конфигурации неизношенной части детали, а внутреннюю поверхность по конфигурации подготовленной к наплавке изношенной части детали, при этом для повышения качества и упрощения технологии, оболочку выполняют составной и разной формы в зависимости от формы детали (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №789253, кл. В23К 9/04, 1979).

Однако применение такого способа требует больших трудозатрат по подготовке сформированной оболочки, при этом значительно усложняется технология восстановления наплавкой, а в ряде случаев способ практически не удается применить, особенно при восстановлении неравномерного износа на больших площадях по сечению и периметру.

Известен также способ наплавки деталей, используемый для восстановления режущих инструментов, при котором используют формирующее устройство большой теплопроводности в виде съемного медного водоохлаждаемого шаблона-кристаллизатора с внутренним отверстием, имеющим конфигурацию рабочей части наплавленного изделия (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1776511, кл. В23К 9/04, 1992).

Недостатком известного способа является то, что он практически не предназначен для наплавки поверхностей больших размеров с неравномерным износом.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому эффекту является выбранный в качестве прототипа способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, при котором осуществляют механическую обработку изношенной поверхности, нагрев, газопламенное напыление износостойкого слоя и оплавление поверхности покрытия (см., например, описание изобретения к патенту РФ №2198776, кл. В23Р 6/00, опубл. 2003).

К недостаткам данного способа относится высокая трудоемкость восстановления, связанная с необходимостью осуществления механической обработки как необработанной, так и обработанной поверхности.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, состоит в повышении качества восстановления изношенных поверхностей стальных деталей за счет обеспечения электродуговой наплавки и газопламенного напыления износостойких самофлюсующихся порошковых сплавов с упрочнением наплавленной поверхности без последующей механической обработки, а также в повышении усталостной прочности изношенных поверхностей стальных деталей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, при котором осуществляют механическую обработку изношенной поверхности, нагрев, газопламенное напыление и оплавление поверхности покрытия, предварительно осуществляют электродуговую наплавку изношенной поверхности, которую проводят с учетом припуска на механическую обработку и занижением номинального размера, затем осуществляют активацию обработанной поверхности, после которой производят газопламенное напыление самофлюсующимся порошковым сплавом на величину превышения номинального размера с учетом усадки покрытия после полного охлаждения детали и оплавляют нанесенное покрытие путем нагрева детали до температуры 950-1050°С.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенный способ является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. он явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

Предложенный способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей осуществляют следующим образом. Подготовка деталей под электродуговую наплавку и напыление состоит в очистке от загрязнений, ржавчины и удалении смазки. Наличие загрязнений приводит к ухудшению качества наплавленного металла. Восстановление изношенной поверхности детали производят механизированной электродуговой наплавкой при глубине износа детали более 2,0-3,0 мм. При неравномерном износе поверхности деталь подвергают механической обработке для придания ей правильной геометрической формы.

Механическую обработку производят с занижением номинального размера на 0,7-1,5 мм для обеспечения активации контактной поверхности (обеспечение высокой прочности сцепления) и последующего газотермического напыления самофлюсующегося порошкового сплава.

Напыление производят газопламенной горелкой. Для газопламенных способов восстановления используют горелки, работающие на ацетилен-кислородном или пропан-бутан-кислородном пламени. Напыление покрытия осуществляют с превышением номинального размера на 0,15-0,25 мм для припуска на усадку покрытия после полного естественного охлаждения. Напыление с оплавлением позволяет исключить процесс последующей механической обработки. Если требуется механическая обработка, то производят шлифовку или обточку до необходимых геометрических размеров.

Газотермическое напыление деталей позволяет наносить покрытия любой необходимой толщины (от 0,1-0,2 мм до 3 мм) на деталь без ее коробления с получением поверхностной твердости от НВ200 до HRC60.

Относительно высокая точность напыления позволяет в отдельных случаях использовать детали с нанесенным покрытием без последующей механической обработки,

Газопламенное напыление с последующим оплавлением и газопорошковая наплавка, используются для восстановления деталей, работающих в самых тяжелых условиях - ударные нагрузки, сухой абразивный износ.

В последнем случае покрытия имеют поверхность с твердостью до HRC60, что повышает срок службы этих деталей в 1,5-2,5 раза.

Напыление с оплавлением состоит в нанесении необходимого слоя порошкового сплава на деталь с последующим его расплавлением. Температура детали в этом случае равна температуре плавления порошка 950-1150°С.

Пример конкретного выполнения способа.

Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, имеющих форму тел вращения, с использованием в качестве восстанавливаемой детали стальной втулки шпин-тона тележки КВЗ-ЦНИИ тип I цельнометаллических пассажирских вагонов осуществляют следующим образом. Втулка изготовлена из стали Ст 45 и термообработана закалкой с последующим отпуском, твердость HRC 45-55. Наружная поверхность втулки представляет собой усеченный конус. Диаметр у основания 87 мм, у вершины 84 мм, соответствует чертежу №3707-Н тележки КВЗ-ЦНИИ типа I цельнометаллических пассажирских вагонов.

Для восстановления изношенной наружной поверхности с упрочнением втулку шпин-тона устанавливают на сварочном вращателе, производят механизированную электродуговую наплавку проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм в среде защитных газов на следующих режимах наплавки: скорость вращения шпинделя 1,5-2,0 об/мин, шаг наплавки 3,0-4,0 мм, смещение с зенита 10-12 мм, вылет электродной проволоки 15-17 мм, напряжение сварочной дуги 23-25 В при силе тока 110-140 А. При необходимости, в зависимости от величины износа поверхности, наплавку производят в два слоя.

После наплавки производят токарную обработку наплавленной поверхности. Предварительная проточка до номинального размера с занижением на 1 мм: скорость вращения - 400 об/мин, поддача 0,3 мм/об.

В дробеструйной камере производят активацию проточенной поверхности шлифзерном электрокорунда нормального марки 12Л по ТУ2-036-197-76 зернистостью 80H.

Для упрочнения активированной поверхности методом газопламенного напыления с оплавлением втулку устанавливают на сварочный вращатель. Упрочнение наружной поверхности производят при скорости вращения шпинделя 90-100 об/мин, пламенем горелки Могул-UP производят подогрев активированной поверхности за один проход, скорость продольной подачи горелки 120-200 мм/мин, давление ацетилена 0,6-0,7 кгс/см ², кислорода 1,5-1,8 кгс/см², сжатого воздуха 1,0-1,2 кгс/см², расход ацетилена 1,1 м³/ч, кислорода 0,72 м ³/ч.

После подогрева наружной поверхности втулки совершают напыление самофлюсующегося порошкового сплава марки Т - Термо №50. Дистанция напыления 180-200 мм, скорость продольного движения горелки составляет 140-210 мм/мин. При напылении производят 12-15 проходов горелки, толщина напыленного покрытия составляет 1,2-1,5 мм.

После напыления самофлюсующегося порошкового сплава пламенем горелки ГМС-2 производят его оплавление. Давление пропана-бутана 0,8-1,0 кгс/см², кислорода 6,0-7,0 кгс/см², расход пропана-бутана составляет 2,0-2,8 м³/ч, кислорода 7,0-8,8 м³/ч. Дистанция оплавления - 5 мм от ядра пламени. Оплавление напыленного порошкового сплава происходит при нагреве втулки до температуры 950-1050°С. После оплавления напыленного покрытия, втулку снимают с вращателя и помещают в ящик с песком до ее полного охлаждения. После охлаждения диаметр наружной поверхности втулки соответствует требованиям чертежа №3707-Н, и окончательная механическая обработка не требуется.

Предлагаемый способ позволяет повысить в 2-3 раза износостойкость восстановленной и упрочненной втулки, а также увеличить уровень эксплуатационных характеристик и получить твердость наружной поверхности до HRC 47-53.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение усталостной прочности изношенных поверхностей стальных деталей и срок службы восстановленных деталей.

Использование изобретения обеспечивает повышение качества восстановления изношенных поверхностей стальных деталей за счет обеспечения электродуговой наплавки и газопламенного напыления износостойких самофлюсующихся порошковых сплавов с упрочнением наплавленной поверхности без последующей механической обработки, а также повышение усталостной прочности изношенных поверхностей стальных деталей.