V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Развитие машиностроения, химической, радиотехнической и целого ряда других отраслей промышленности, а также транспортной техники предъявляет повышенные требования к эксплуатационным свойствам металлоизделий. Детали должны обладать такими свойствами, как износостойкость, коррозионная стойкость в агрессивных средах, сопротивляемость к высокотемпературному окислению, контактным нагрузкам и другим видам различных воздействий.

Эти свойства можно получить с помощью объемного и поверхностного легирования.

Объемное легирование сплавов при их выплавке дает возможность получать детали с определенными свойствами. Однако этот путь целесообразен не всегда, так как основное количество дорогостоящих легирующих элементов распределяется равномерно по всему объему детали, а работает, как правило, только поверхностный слой. Даже при небольшом износе детали на доли миллиметра их приходится заменять на новые. Известно, что в большинстве случаев разрушение детали начинается именно с поверхности, поэтому целесообразнее проводить поверхностное легирование готовых деталей [4].

Диффузионное насыщение позволяет при относительно небольших затратах формировать в поверхностных слоях изделий необходимые свойства.

В настоящей работе предпринята попытка оценить возможности многокомпонентного диффузионного насыщения при восстановлении бронзовых втулок передней подвески автомобиля МАЗ-537. Основным критерием при восстановлении данных деталей является получение покрытий необходимой толщины (до 2 мм) и физико-механический свойств, таких как высокая коррозионная стойкость, твердость, износостойкость.

Известно, что насыщение металлов и сплавов одним элементом широко распространено в настоящее время, например, цементация, азотирование, алитирование, хромирование и т.д. Насыщение двумя, тремя и большим количеством элементов применяется более ограниченно. Однако совершенно очевидно, что насыщение поверхности изделия двумя и большим количеством элементов позволяет в значительной мере изменять свойства поверхностных слоев.

Как и любой процесс химико-термической обработки, многокомпонентное насыщение происходит в три этапа:

1. Образование активных атомов в среде, которая обеспечивает необходимое легирование поверхностного слоя. Скорость их образования зависит, прежде всего, от таких факторов, как агрегатное состояние и состав насыщающей среды.

2. Адсобция образовавшихся активных атомов поверхностью обрабатываемого изделия.

3. Диффузия элемента вглубь металла или сплава.

Все три стадии влияют на кинетику химико-термической обработки и фазовый состав образующегося слоя.

При восстановлении бронзовых деталей необходимо подобрать такой состав компонентов порошковой смеси, чтобы в диффузионном слое были образованы твердые растворы, а толщина слоя плавно увеличивалась по мере увеличения в смеси количества быстродиффундирующего элемента.

Существует широкий спектр разработанных порошковых смесей для получения диффузионных покрытий [2]. Например, используя цинк, как основной насыщающий элемент, и ферросплав, как легирующий элемент, получают толщину до 1,8 мм [2,3]. Для восстановления бронзовых втулок применяют газовый контактный метод в порошковой смеси, имеющей многокомпонентный состав.

При таком способе термодиффузионного насыщения газовая фаза генерируется в непосредственной близи от поверхности детали из порошкообразной насыщающей смеси. Насыщающие компоненты образуют химические соединения и транспортируются к обрабатываемой поверхности, на которой происходит их осаждение. Передача диффундирующего элемента в насыщаемую поверхность происходит благодаря реакции восстановления, замещения, и др. Далее происходит диффузия насыщающих компонентов в глубину металла с образованием на поверхности детали новых фаз, отличающихся по своему строению и свойствам от основного металла.

Качество покрытия и скорость его образования зависят от площади фактического контакта. Более мелкие фракции порошка диффундирующих элементов увеличивают площадь контакта на поверхности обрабатываемой детали, а, следовательно, улучшают равномерность распределения элементов диффузии в поверхностном слое и увеличивают скорость роста покрытия.

Анализ работ [1], посвященных вопросам ТДМ, показал, что значительно увеличить приращение линейных размеров возможно, установив его зависимость от технологических факторов процесса ТДМ. По мнению многих ученых, одним из таких факторов может быть состав порошковой смеси.

Восстанавливаемые втулки закладываются в специальный контейнер, туда же засыпается и уплотняется порошковая смесь. Контейнер герметизируется и устанавливается в рабочее пространство предварительно разогретой термопечи. По окончании процесса металлизации термопечь остывает, после чего контейнер извлекается и распаковывается. Детали необходимо очистить от остатков порошковой смеси, провести визуальный осмотр качества диффузионного слоя и измерить необходимые параметры (величину прироста диффузионного слоя, твердость и т.д.).

Таким образом, преимуществами термодиффузионной металлизации являются:

- способность технологического процесса получить любую толщину покрытия;

- отсутствие склеивания деталей;

- высокая адгезия увеличивает коррозионную стойкость, практически исключает вздутие и отслоение красок с поверхности;

- срок службы деталей с двойным покрытием увеличивается, что приводит к значительной экономии при их эксплуатации;

- экологическая чистота.

Список использованных источников:

1. Дриц, М.Е., Бочвар, Н.Р., Гузей, Л.С. и др. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди/М.Е. Дриц, [и др.]. - М. : Наука, 1979. - 248 с.

2. Захаров, A.M. Промышленные сплавы цветных металлов. Фазовыйсостав и структурные составляющие/А.М. Захаров. - М. : Металлургия, 1980. - 256 с.

3. Земсков, Г.В., Коган Р.Д. Многокомпонентное диффузионноенасыщение металлов и сплавов/Г.В. Земсков, Р.Д. Коган. - М. : Металлургия, 1987. - 207 с.

4. Мельник, П.И. Технология диффузионных покрытий/П.И. Мельник. – К. : Технiка, 1878. - 151 с.

Код для цитирования: Скопировать