Методическое руководство (стр. 15 )

Рис.3. Зависимость напряжения дуги Vа и рабочего тока I от производительности: - - - алюминий;

—х—х— сталь

4 3. Необходимое напряжение на дуге установить на источнике питания.

4.4. Включить аппарат на режим "напыление". Плавным регули­рованием подачи проволоки установить по приборам выбранный рабочий ток Ig.

4.5. Произвести напыление проволоки заданного состава на об­разцы с дистанции 100-120 мм соответственно в режиме, выбранном ранее на установке КДМ-12М учебным мастером, зафиксировать время напыления t мин.

4.6. Определить массу образца с покрытием Q , г.

4.7. Ори работе металлизатора в режиме "наладка" измерить с помощью рулетки длину ℓ (см) одной проволоки, подаваемую за 30 сек ( ℓAL = 1,8-2,2 м, ℓFb = I.4-I.9 м)

4.8.. Рассчитать длину одной проволоки L (см), подаваемую за время напыления.

4.9. Определить массу двух проводок, подаваемых за время напыления образца по формуле:

Pпр = (2 L* π*d2/ 4)*γ

где d - диаметр проволоки - 0,18 см;

γ - плотность материала проволоки, г/см3;

γАℓ = 2,7 г/ см3 ; γFℓ = 7,87 /см3.

4.10. Рассчитать массу покрытия Q3 , г.

Q3 = Q2-Q1

где Q2 - масса образца c покрытием, г;

Q1 - масса образца до напыления, г.

4.11. Рассчитать коэффициент усвоения К, % по Формуле:

К= (Рпр – Q3 / Рпр) * 100

где Рпр - масса проволок, распыленных за время напыления образца, г;

Q3, - масса покрытия, г.

Полученные результаты занести в табл. 2

Таблица 2 Сводная таблица основных параметров напыления

Матер-иал покры-тия	Толщи-на покры-тия	Вид обра-зца	Номинальная производ-ительность процесса кг/ч	Напря-жение на дуге Ug , B	Рабочий ток Ip , A	Коэфф. усвоения K , %	Плотность покрытия	Общая пористость покрытия Поб, %
Реальная γр г/см3	Относи-тельная γо %

4.12. Определить объем покрытия \/п (см3) путем обмера геометрических размеров образцов (см. рис.2). Одноименные размеры снимать не менее трех раз и находить среднее значение. Точность измерения до 0,1 мм.

4.13. Рассчитать реальную плотность покрытия γр , г/смэ:

γр = Q3 / Vn

где Q3 - масса покрытия, г;

Vn - объем покрытия, см3.

4.14. Рассчитать относительную плотность покрытия γо, %:

γо = γр / γ *100

где γ плотность, которую имело бы беспористое (компактное) покрытие, г/см3:

γАℓ = 2,7 г/ см3 ; γFQ = 7,87 /см3.

4.15. Рассчитать общую пористость Поб, %

Поб = γ - γр / γ *100

5. УКАЗАНИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА

5.1. Обязательно пройти инструктаж по технике безопасности при работе на установке КДМ12М и пескоструйной установке.

5.2. Перед началом работы ознакомиться с расположением и назначением всех частей установок.

5.4. Работу на установках проводить в присутствии преподава­теля или учебного мастера.

5.5. Запрещается отходить от установки во время исследования.

5.6. Указания по технике безопасности при работе на установках в полном объеме приведены в специальных инструкциях.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

6.1. Цель работы.

6.2. Схема электродуговой металлизации.

6.3. Эскиз образца для напыления с геометрическими размерами.

6.4. Используемое оборудование, инструменты ч материалы.

6.5. Порядок выполнения работы. Результаты измерений и расчётов.

6.6. Сводная таблица 2.

6.7. Дать объяснения полученным результатам.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ СДАЧИ РАБОТЫ

7.1. Что называется электрометаллизационным напылением?

7.7.. В чем состоит универсальность и эффективность рассматриваемое способа?

7.3. Какие существую ограничения при выборе восстанавливаемой поверхности?

7.4. Устройство 1 принцип действия электродуговых аппарате»,

7.5. В чем состоит сущность технологии нанесения металлизагионных покрытий?

7.6. Охарактеризуйте основные методы предварительной подготовки поверхности основы.

7.7. Расскажите об элементах режиме напыления.

7.8. Раскройте методику выбора параметров режима напыления.

7.9. Назовите основные факторы процесса напыления, влияющие на коэффициент усвоения распыленного металла и плотность покры­тия.

7.10. Какие материалы применяются для электродуговой металлизации?

7.11.. Назовите области применения металлизагионных покрытий.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Дальский А Л. и др. Технология конструкционных; материалов.II.: Машиностроение, 199с.

2. Кудинов B.B., Бобров покрытий напылением. Теория, технология и оборудование М.: Металлургия, 1992.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПЛОСКИХ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЯХ

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Освоить методику предварительной оценки прочности металлического покрытия с целью определения его оптимальной толщины.

II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основной причиной низкой прочности покрытий является наличие в них больших разрушающих остаточных напряжений. Возникновение остаточных напряжений связано с различием температуры частиц и основы, их коэффициентами термического расширения, усадкой при кристаллизации, соотношением толщин покрытия и основы. Бессистемный (необоснованный) выбор толщин покрытий часто приводит к их разрушению в процессе напыления, при механической обработке, а также в период эксплуатации изделий. Поэтому в работе излагается методика, позволяющая назначать толщину покрытия с учётом её влияния на уровень остаточных напряжений.

Сравнительный анализ действующих сил в покрытии на плоской поверхности (рис.1) показал: а) наибольшее разрушающее действие на ма­териал покрытия оказывают растягивающие остаточные напряжения σр ост;

б) величина предела прочности материала покрытия σв лимитирует прочность покрытия. Все остальные технологические параметры (форма напыляемой поверхности, способы её подготовки и др.) будут оказывать влияние через эти факторы. Для надежной прочности покрытия на плоской поверхности необходимо обеспечить соотношение

σр ост < σв (1)

Практика напыления показывает, что критическая толщина покрытий на выпуклой замкнутой поверхности в 1,5-3 раза больше, чем на плоской поверхности. Причина повышения состоит в более благоприятном для покрытия перераспределении составляющих остаточных напряжений (рис.2). В этом случае превалирующими разрушающими силами будут касательные остаточные напряжения σк ост. Причем сопротивление действию этих сил будет усиливаться с ростом высоты рельефа на поверхности основы. Таким образом, на выпуклой замкнутой поверхности касательные остаточные напряжения будут встречать противодействие целого комплекса сил, которые можно охарактеризовать как прочность сцепления покрытий с основой -σсц , Запас прочности покрытий на наружных цилиндрических поверхностях будет обеспечен при условии, если

σсц < σк ост (2)

Рис.1. Распределение составля­ющих остаточных напряжений в покрытии на плоской поверхности: Ротр - отрывающие силы; σр ост -растягивающие напряжения; Нср - средняя высота неровностей; h-толщина покрытия; Н - высота основы.

Рис.2. Распределение составляющих остаточных напряжений в покрытии на наружи, цилиндрической поверхности: Рпр - прижимающие силы; σк ост - касательные напряжения; D(H)-диаметр основы.

Примечание: Условное обозначение электрометаллизационного покрытия. Мет - покрытие, нанесенное методом электродуговой металлизации; Л -материал покрытия; А - алюминий, Ж - сталь, Ц - цинк, М - медь; 160- цифра обозначает толщину покрытия в мкм.

Растягивающие σр ост или касательные σк ост остаточные напряжения в покрытии можно рассчитать по следующей формуле:

σк ост = (Е2(a1-a2)/1+Е2*Н/Е1*h) * ((T2-T1)/1-m) ,Н/м2 (3)

Е1, Е2 - модули упругости материала основы и покрытия (табл.2);

a1, a2 - коэффициенты термического расширения материалов основы и покрытия (табл.2);

T2, T1-температуры основы (Т= 20°С) и плавления материале покрытия (табл.2);

H(D),h - толщина (диаметр) основы и покрытия (табл.1);

m= 0,25 - обобщенный коэффициент Пуассона (табл.2).

Зависимость прочности сцепления слоя с цилиндрической поверхностью, от ряда технологических факторов можно оценить с помощью формулы:

σсц » (E2*a2*(T2-T1)*D/p*h) * A*Hср , Н/м2 (4)

где D - наружный диаметр вала, м (табл. 1);

А - коэффициент (табл.5);

h - толщина покрытия, м (табл. 1);

Е2 - модуль упругости материала покрытия, Н/м2 (табл.2);

a1 - коэффициент терм. расширения материала покрытия, 1/град (табл. 2)

T2, T1 - температура основы (Т1= 20°С) и плавления матер. покр.(табл.2);

Нср - средняя высота неровностей на поверхности основы, мкм.

III. НЕОБХОДИМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ

1 . Напыленные образцы плоской и цилиндрической формы.

2. Штангенциркуль

IV. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Образцы для напыления плоской и цилиндрической формы, произвольных размеров изготовлены из стали и алюминиевого сплава. В качестве исходного материала для покрытий применялась алюминиевая, стальная, медная и цинковая проволоки диаметром 1,6мм (лаб. раб. №1).

Индивидуальные задания представлены в табл I

V. ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЛОСКОЙ ДЕТАЛИ

5. 1 . Пример 1

Условие: На стальную плоскую деталь (изобразить рис.1) необходимо нанести алюминиевый защитный слой. Толщина детали Н = 1*10-2м, толщина покрытия h = 5* 10-3м. Определить запас прочности покрытия при заданных размерах и сочетаниях материалов.

Решение:

1 . Определение остаточных растягивающих напряжений в алюминиевом покрытии по формуле 3.

σк ост = (Е2(a1-a2)/1+Е2*Н/Е1*h)*((T2-T1)/1-m) = (6,2*109*(26-12,1)*10-6 / 1+6,2*109*10-2 /2,06*109*0,5*10-3) * (660-20/1-0,25) = 0,47*108 Н/м2

2. Определение возможности выполнения неравенства (1), характеризующего запас стойкости: σр ост.< σ н .

σ в= 0,29* 108... 0,49*108 Н/м2 (табл. 3).

Вывод: Запас прочности незначителен.

5.2. Пример 2.

Условие: На алюминиевую плоскую деталь (рис. 1 ) необходимо нанести износостойкое стальное покрытие. Толщина детали H = 1 * 10-2:м) толщина покрытия h = 5*10-3 м. Оценить запас прочности покрытия при заданных размерах и сочетаниях материалов.

Решение.

1. Определение остаточных растягивающих напряжений в стальном покрытии по формуле 3.

σк ост = (Е2(a1-a2)/1+Е2*Н/Е1*h)*((T2-T1)/1-m) = (13,2*109*(26-11)*10-6 / 1+13,2*109*10-2 /65*109*0,5*10-3) * (1550-20/1-0,25) = 0,78*108 Н/м2

2. Определение возможности выполнения неравенства (1), оценивающего запас прочности σр ост <σВ

σВ = 1,2 * 108... 1,96*108 H/м2.

Вывод:

Запас прочности стального покрытия на алюминиевой детали заданного сочетания толщин достаточен.

VI. ПРИМЕРЫ ОПРЬДЕЛЬНИЯ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ

6.1. Пример

Условие. На стальную цилиндрическую деталь (рис.2) необходимо нанести защитное алюминиевое покрытие. Диаметр детали D = Н = 6,0*10-2м. Толщина покрытия h= 1*10-3м. Дать сравнительную оценку запаса прочности покрытия в зависимости от способа подготовки поверхности основы - "рваная резьба".

Решение.

1. Определение касательных остаточных напряжений в алюминиевом покрытии по (3)

σк ост = (Е2(a1-a2)/1+Е2*Н/Е1*h)*((T2-T1)/1-m) = (6,2*109*(26-12,1)*10-6 / 1+6,2*109*10-2 /206*109*0,5*10-3) * (660-20/1-0,25) = 0,27*108 Н/м2

2. Определение прочности оцепления алюминиевого покрытия по формуле.

σ'сц » (E2*a2*(T2-T1)*D/p*h) * A*Hср = (6,2*109*12,1*10-6(660-20)/3,14*1*10-3) *10-2*5,35*10-3