Патент на изобретение №2389593

(54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов и может быть использовано для восстановления с упрочнением поджимных и подшипниковых блоков шестеренных насосов типа НШ-К. Способ включает наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали микродуговым оксидированием в щелочном электролите и пропитку упрочняющего покрытия. Пропитку упрочняющего покрытия осуществляют в вакууме смесью гидравлического масла АМГ-10 с кинематической вязкостью 1,3·10^-5 м²/с или трансформаторного масла Т-1500У с кинематической вязкостью 1,11,3·10^-5 м²/с и 810% графита, при этом разрежение составляет 0,1 МПа, а микродуговое оксидирование (МДО) ведут в электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 1820 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 30 А/дм² и температуре электролита 3540°С. Изобретение позволяет в среднем на 3050% увеличить объемную пористость сформированного МДО упрочняющего покрытия и в среднем на 1525% повысить его маслоемкость, что также снижает продолжительность приработки восстановленных и упрочненных деталей на 18% и увеличивает их ресурс не менее чем на 15%. 1 табл.

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, например, для восстановления с упрочнением поджимных и подшипниковых блоков шестеренных насосов типа НШ-К.

В ремонтном производстве известен способ восстановления изношенных деталей из алюминия и его сплавов, включающий приращение восстанавливаемой поверхности, ее растачивание до определенных размеров и упрочнение микродуговым оксидированием (МДО) в щелочном электролите [патент РФ 2119420, В23Р 6/00, опубл. в Б.И. 27, 1998 г.].

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получить одинаковую твердость по толщине упрочняющего покрытия, вследствие чего восстановленные детали значительно изнашиваются в начальный период эксплуатации.

Известен способ формирования износостойких покрытий на поверхности черных и цветных металлов, включающий приращение основы (нанесение подслоя из легкоплавкого сплава, а затем алюминийсодержащей композиции) и ее последующее МДО в щелочном электролите на 2/3 толщины слоя алюминийсодержащей композиции [патент РФ 2026890, C25D 11/02, опубл. в Б.И. 2, 1995 г.].

Недостатком данного способа является то, что при восстановлении с упрочнением деталей из алюминиевых сплавов ведение МДО на 2/3 толщины слоя алюминийсодержащей композиции приводит к уменьшению долговечности восстановленных поверхностей деталей из-за снижения толщины и ухудшения физико-механических свойств сформированного на них упрочняющего покрытия. Производительность способа также является низкой, так как при приращении вначале наносится подслой, что увеличивает количество операций и является необходимым условием для ведения МДО только на черных металлах.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, включающий наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали МДО в щелочном электролите с содержанием 7 г/л гидроксида натрия и 1516 г/л калиевого жидкого стекла с использованием анодно-катодного режима и пропитку упрочняющего покрытия авиационным маслом [патент РФ 2252122, В23Р 6/00, C25D 11/18, опубл. в Б.И. 14, 2005 г. – прототип].

Однако МДО на предлагаемых режимах не позволяет получить достаточную объемную пористость покрытия, вследствие чего объем масла, проникающего в поры покрытия, также оказывается незначительным. При взаимодействии трущихся поверхностей во время приработки и последующей эксплуатации это приводит к ухудшению их самосмазывания и низкому ресурсу восстановленных деталей. Кроме этого, пропитка упрочняющего покрытия, сформированного МДО, маслом при помощи окунания не позволяет качественно заполнить поры покрытия.

Задачей изобретения является повышение ресурса восстановленных и упрочненных деталей.

Техническим результатом изобретения является повышение маслоемкости упрочняющего покрытия, сформированного МДО, за счет увеличения его объемной пористости и более качественного заполнения пор маслом, а также снижение продолжительности приработки восстановленных и упрочненных деталей.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, включающем наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали микродуговым оксидированием в щелочном электролите и пропитку упрочняющего покрытия, согласно изобретению пропитку упрочняющего покрытия осуществляют в вакууме смесью гидравлического масла АМГ-10 с кинематической вязкостью 1,3·10^-5 м²/с или трансформаторного масла Т-1500У с кинематической вязкостью 1,11,3·10^-5 м²/с и 810% графита, при этом разрежение составляет 0,1 МПа, а микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 1820 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 30 А/дм² и температуре электролита 3540°С.

Способ осуществляют следующим образом.

Для восстановления изношенных поджимных и подшипниковых блоков шестеренных насосов типа НШ-К, изготовленных из литейного алюминиевого сплава АК7ч, вначале производят их предварительную подготовку, заключающуюся в обработке изношенных поверхностей на горизонтально-фрезерном станке в специальном приспособлении до выведения следов изнашивания. Затем осуществляют наплавку восстанавливаемых поверхностей с использованием неплавящегося электрода (вольфрамового) в среде защитных газов (чаще всего для этих целей используют аргон). Наплавку ведут на следующих режимах: сила тока – 90100 А, напряжение – 25 В, диаметр неплавящегося электрода – 4 мм, диаметр присадочного прутка – 3 мм, расход защитного газа – 9 л/мин. В качестве материала для присадочного прутка применяют сплав АМг-6 или АК9М2. Наплавка ведется участками от разъема к середине детали во избежание перегрева и оплавления угловых поверхностей.

После наплавки восстанавливаемые поверхности подвергают механической обработке – расточке на горизонтально-фрезерном станке. Режимы черновой расточки: частота вращения инструмента – 880 мин^-1, глубина резания – 1,52,0 мм, подача – 0,5 мм/мин. Режимы чистовой расточки: частота вращения инструмента – 1200 мин^-1, глубина резания – 0,3 мм, подача – 0,1 мм/мин. Расточку ведут до определенных размеров с учетом их увеличения при МДО.

Затем осуществляют упрочнение восстанавливаемых поверхностей МДО с использованием анодно-катодного режима в щелочном электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 1820 г/л натриевого жидкого стекла с модулем m=3,43,5. Режимы МДО: плотность тока – 30 А/дм², температура электролита – 3540°С, продолжительность оксидирования – 6065 мин. Толщина сформированного упрочняющего покрытия составляет 150160 мкм.

После МДО сформированное на восстанавливаемых поверхностях упрочняющее покрытие заполняют маслом с использованием вакуума. Для этого деталь помещают в бак, содержащий смесь гидравлического масла АМГ-10 по ГОСТ 6794-75 с кинематической вязкостью 1,3·10^-5 м²/с или трансформаторного масла Т-1500У по ТУ 38.401-58-107-97 с кинематической вязкостью 1,11,3·10^-5 м²/с и 810% графита, который герметично закрывают крышкой. Затем в баке создают разрежение 0,1 МПа. После выдержки детали в вакууме в течение 1215 мин крышку бака открывают, а деталь находится в баке еще 3540 мин. Механизм формирования упрочняющих покрытий способом МДО предопределяет наличие сквозных пор, образующихся в результате горения микродуговых разрядов, в которые и проникает масло-графитовая смесь. Затем деталь вынимают и дают стечь остаткам смеси, после чего досуха протирают фильтровальной бумагой и взвешивают.

Объемную пористость сформированного упрочняющего покрытия определяли по массе масла, находящегося в порах, учитывая плотность и толщину покрытия, а также площадь восстанавливаемой поверхности. Маслоемкость упрочняющего покрытия определяли согласно ГОСТ 9.302-88 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля». Продолжительность приработки и ресурс восстановленных и упрочненных деталей оценивали по результатам сравнительных ускоренных испытаний на стенде КИ-4815М-03, предназначенном для испытания агрегатов гидроприводов сельскохозяйственной техники. Испытания проводили в соответствии с рекомендациями руководящего документа РД 70.0009.006-85 «Указания по методам ускоренных испытаний восстановленных деталей для основных марок тракторов, комбайнов и других машин», разработанных ВНПО «Ремдеталь».

При МДО с предлагаемым составом электролита и режимами оксидирования сформированное на восстанавливаемых поверхностях упрочняющее покрытие будет иметь более высокую объемную пористость по сравнению с прототипом. Использование вакуума позволяет ввести большее количество масла в поры упрочняющего покрытия, за счет чего повышается его маслоемкость. С увеличением температуры, которое происходит при взаимодействии трущихся поверхностей, большее количество масла выступает из пор и эффективно смазывает эти поверхности, компенсируя незначительное снижение несущей способности упрочняющего покрытия. Все это приводит к снижению продолжительности приработки и увеличению ресурса восстановленных и упрочненных деталей (таблица).

Показатели	Прототип	Предлагаемый способ
1. Объемная пористость упрочняющего покрытия, %	1617	2224
2. Маслоемкость упрочняющего покрытия, мг/мм2	0,0520,056	0,0640,066
3. Продолжительность приработки восстановленной и упрочненной детали, мин	110	90
4. Ресурс восстановленной и упрочненной детали, мото.-ч	10000	11500

Как видно из таблицы, предлагаемый способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов позволяет в среднем на 3050% увеличить объемную пористость сформированного МДО упрочняющего покрытия и, как следствие, в среднем на 1525% повысить его маслоемкость. Все это приводит к снижению продолжительности приработки восстановленных и упрочненных деталей на 18% и, соответственно, увеличению их ресурса не менее чем на 15%.

Формула изобретения

Способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, включающий наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали микродуговым оксидированием в щелочном электролите и пропитку упрочняющего покрытия, отличающийся тем, что пропитку упрочняющего покрытия осуществляют в вакууме смесью гидравлического масла АМГ-10 с кинематической вязкостью 1,3·10^-5 м²/с или трансформаторного масла Т-1500У с кинематической вязкостью 1,1-1,3·10^-5 м²/с и 8-10% графита, при этом разрежение составляет 0,1 МПа, а микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 18-20 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 30 А/дм² и температуре электролита 35-40°С.