Покрытия
Покрытия разного состава наносятся на детали преимущественно для предохранения деталей от коррозии, в том числе высокотемпературной, эрозии и износа. Нанесение покрытий производится по разным технологиям. Различают металлические, неметаллические (оксидное, хроматное, фосфатное и др.) и композиционные покрытия. По способам нанесения покрытий различают химические, физические и физико-химические способы. К числу физических обычно относят: окраску, плакирование, наплавление, горячее металлопокрытие погружением, детонационное напыление, газопламенное напыление, электронно-лучевое испарение в вакууме, вакуумно-плазменное распыление, магнетронное напыление, электронно-дуговая металлизация, катодное распыление. К числу физико-химических способов относятся электрохимическое осаждение из растворов и расплавов (хромирование, никелирование, железнение, борирование), оксидирование, плазмохимическое осаждение в вакууме.
Гальванические покрытия используются для защиты поверхности деталей от коррозии и придания поверхности декоративного вида. Они наносятся в гальванических ваннах с использованием технологических процессов, регламентируемых ГОСТ 9.305-84.
Перед нанесением покрытия к качеству поверхности выдвигаются специальные требования по шероховатости и волнистости, регламентируемые ГОСТ 9.301-78. Важным элементом процесса является обезжиривание поверхности. Обозначения, выбор и назначения покрытий осуществляются по ГОСТ 9.303-84. Наибольшее распространение имеют следующие процессы нанесения гальванических покрытий: цинкование, кадмирование, меднение, хромирование, никелирование, железнение.
Диффузионные покрытия наносятся за счет процессов диффузии путем длительной выдержки при высокой температуре в среде, содержащей те или иные легирующие элементы. В результате происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя алюминием А1, хромом Сг, бором, кремнием, титаном и др. элементами, которые образуют те или иные химические соединения ( Ni3Al, NiAl, Fe2B и др). К числу процессов нанесения диффузионных покрытий можно отнести также широко применяемые технологические операции химико-термической обработки деталей:
цементация (насыщения поверхности деталей из малоуглеродистых сталей углеродом, производится при температуре 900 °C, после цементации производится закалка на высокую твердость поверхности);
азотирование (насыщение поверхности азотом, производится при 500 °C в среде аммиака — шестерни, борштанги расточных станков, детали узлов регулирования);
цианирование — процесс одновременного насыщения поверхности углеродом и азотом, производится либо при 500—600 °C для инструмента из быстрорежущих сталей, либо при 800—950 °C;
нитроцементация — процесс газового цианирования в смеси светильного газа и аммиака.
Наиболее высокая поверхностная твердость (1100 HV) при азотировании может быть получена для стали 38ХМЮА.
Конденсационные (покровные) покрытия наносятся путем электроннолучевого испарения и конденсации в вакууме, плазменным и ионноплазменным напылением, детонационным напылением. После нанесения покрытия в ряде случаев производится дополнительная восстановительная термическая обработка, а также упрочняющая обработка. Для напыления используются специальные коррозионностойкие и износостойкие сплавы, например сплавы системы CoNiCrAlY.
Инплантацию поверхности легирующими элементами (ионное легирование) и лазерное модифицирование поверхности также можно отнести к этому виду покрытий.
Упрочняющая механическая и термическая обработка
Для отдельных деталей, таких, например, как бандажные кольца турбогенераторов и пружины, применяется упрочнение наклепом по всему сечению заготовки. При этом пределы текучести и прочности могут существенно превышать эти величины в исходном состоянии, как, например, для пружин из стали 12Х18Н9Т (см. табл. 2.11). При этом наклепанный материал обладает существенно меньшей пластичностью по сравнению с ненаклепанным. Как видно их рис. 1.3, в главы 1, в условиях образования больших пластических деформаций может быть достигнуто значительное повышение прочностных характеристик.
Для упрочнения поверхностного слоя применяются различные способы его наклепа и поверхностной закалки.
Обработка поверхности токами высокой частоты (ТВЧ) обеспечивает ее нагрев в слое, глубина которого зависит от частоты, мощности генератора и времени. Последующее быстрое охлаждение обеспечивает его закалку. Лазерная термическая обработка обеспечивает получение значительно более тонкого слоя (менее 1мм), чем при обработке ТВЧ.
Наклеп (образование пластических деформаций) поверхностного слоя обеспечивает образование в нем сжимающих остаточных напряжений, приводящих к повышению усталостной прочности. Такой наклеп осуществляется разными способами: пескоструйной и гидропескоструйной обработкой, обработкой роликами, дробеструйной обработкой (чугунной дробью с размерами дроби 0,5—1 мм), виброгалтовкой (дробью 2—6 мм), гидродробеструйной обработкой (дробью 1,5—2,5 мм), гидрогалтовкой, ультразвуковым упрочнением шариками, дробеструйным наклепом микрошариками (0,005—0,2 мм), термопластическим упрочнением, алмазным выглаживанием. Эффективность этих способов зависит от конфигурации и размеров деталей и требований к глубине наклепанного слоя. В результате повышается и поверхностная твердость. В качестве примера на рис. 1 приведены эпюры остаточных напряжений на спинке лопатки после различных режимов упрочнения.
Связанным с поверхностными процессами является обрабатываемость различных материалов режущими инструментами. Можно расположить рассмотренные виды материалов ориентировочно в следующий ряд по убыванию обрабатываемости: латуни — бронзы, перлитные стали с КП не более 80, перлитные стали с КП120
Рис. 1. Остаточные напряжения в поверхностном слое лопатки из сплава ВТЗ-1.
Образцы: 1 —в исходном состоянии; 5, 10 — после упрочняющей обработки шариками d=1,5 мм; 9 — ферропорошком; 11, 12 — после упрочняющей обработки шариками d=2,0 и 3,0 мм
и более, стали мартенситного класса, сплавы на никелевой основе, аустенитные стали, титановые сплавы.