Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Восстановление коленчатых валов тракторных двигателей плазменной наплавкой.

Способы восстановления. Коленчатый вал - одна из важных дорогостоящих деталей двигателя, в значительной степени определяющая его ресурс. Особенно быстро выходят из строя коленчатые валы тракторных двигателей, работающих в более тяжелых условиях по сравнению с автомобильными. Если средняя эксплуатационная нагрузка автомобильных двигателей составляет 50-60%, то тракторных - при выполнении многих сельскохозяйственных работ - 95-98%.

Удельное давление на наиболее нагруженные шатунные шейки коленчатых валов тракторных двигателей в 1,5-2 раза выше, чем у автомобильных [65]. В процессе эксплуатации сопротивление усталости тракторных коленчатых валов снижается на 25-30%. Основными причинами выбраковки коленчатых валов двигателей являются износ шеек и их поломки в области галтелей. Возникновение трещин на галтелях и на расстоянии до 10 мм от них значительно снижает сопротивление усталости, и валы с таким дефектом не подлежат восстановлению. Что касается возможности восстановления коленчатых валов с трещинами на шейках, то валы, имеющие на шейках трещины длиной не более 10-12 мм, глубиной до 3 мм, могут быть восстановлены последующей наплавкой без существенного снижения сопротивления усталости [42]. Изношенные валы с коренными и шатунными шейками, перешлифованные на все ремонтные размеры, но пригодные для восстановления путем нанесения покрытий до номинальных размеров, составляют 65-75% [21].

В настоящее время на ряде ремонтных предприятий для восстановления коленчатых валов тракторных двигателей используют главным образом разновидности дугового способа наплавки под слоем флюса, которые можно разделить на две группы:

1) наплавка проволокой Нп-30ХГСА под слоем флюса АН-348А с применением различных вариантов термообработки (отпуск, закалка, отжиг и нормализация);

2) способы, предусматривающие в качестве легирующего материала применение стандартного флюса АН-348А, в который добавляют легирующие элементы в виде феррохрома, феррованадия, алюминия и др.

Первые способы обеспечивают сопротивление усталости порядка 80-84% от уровня новых за счет введения в технологический процесс восстановления термических операций, способствующих снятию внутренних напряжений, созданию в поверхностных слоях сжимающих напряжений, улучшению механических свойств наплавленного металла и зоны термического влияния. Недостатками этих способов являются их высокая трудоемкость и необходимость применения дефицитного электротермического оборудования. Их целесообразно использовать в крупносерийном производстве.

Наиболее доступными и технико-экономически оправданными являются способы восстановления коленчатых валов, наплавленных легирующими материалами, которые позволяют получать высокую износостойкость без применения термообработки, но имеют низкое сопротивление усталости (55-75%). Эти способы успешно применяют для восстановления коленчатых валов карбюраторных автомобильных двигателей, и получаемая прочность удовлетворяет требованиям их надежной эксплуатации в течение срока службы, близкого к сроку службы новых валов. В то же время для коленчатых валов тракторных двигателей, имеющих большую поверхность и работающих в более тяжелонагруженных условиях, эта группа способов из-за низкого сопротивления усталости не дала положительных результатов.

При наплавке легирующими материалами без применения термообработки на галтелях между шейками и щеками образующаяся зона сплавления имеет низкую пластичность, а в зоне термического влияния из-за резкой структурной неоднородности (на шейках образуется мартенсит с HRC 60, на щеках - перлит с НВ 170) возникают трещины, микротрещины, усиливается концентрация напряжений, снижается сопротивление усталости. При этом из-за значительного термического влияния (глубина проплавления ~2 мм) происходит деформация вала. Таким образом, несмотря на то, что в наплавленном слое образуется структура мартенсита, обеспечивающая сжимающие напряжения, низкая пластичность в зоне сплавления служит основной причиной снижения сопротивления усталости.

Необоснованно возлагаются большие надежды на восстановление коленчатых валов, особенно тракторных, способами напыления, в том числе и плазменным напылением самофлюсующимися порошками. Применение различных способов подготовительных операций, нанесение подслоев из тугоплавких металлов, напыление в среде защитных газов - все эти приемы несколько повышают прочность сцепления, но далеко не достаточно (15-60 МПа) для таких деталей, как коленчатые валы, работающие в условиях значительных динамических нагрузок. Последующее оплавление покрытий, напыленных самофлюсующимися сплавами, повышает прочность сцепления до требуемых пределов (300-400 МПа), но процесс становится нетехнологичным из-за высокой трудоемкости и трудности получения стабильно оплавленных покрытий с помощью ТВЧ или газового пламени на такой сложной детали. Кроме того, оплавление выполняется при температуре 1000-1100°С и с точки зрения получения минимальных деформаций практически не имеет преимуществ по сравнению с плазменной наплавкой по винтовой линии.

Попытка восстановления коленчатых валов тракторных двигателей плазменной наплавкой порошковыми сплавами малогабаритным плазмотроном с поперечными колебаниями на ширину всей шейки вала без заплавления галтелей не дало положительных результатов из-за значительного снижения сопротивления усталости (до 45%).

Долговечность коленчатых валов определяется сопротивлением усталости и износостойкостью. Если получение износостойких покрытий не представляет труда, то нанесение покрытий на изношенные шейки валов с целью получения сопротивления усталости на уровне новых является сложной комплексной проблемой. Сопротивление усталости - главный критерий качественного восстановления изношенных шеек коленчатых валов.

Отрицательное влияние на сопротивление усталости оказывают растягивающие напряжения, которые вызываются неоднородностью пластической деформации, различием коэффициентов расширения основного и наплавленного металлов, структурными превращениями в наплавленном металле и зоне термического влияния. Результатом возникновения остаточных растягивающих напряжений являются низкая прочность и малая пластичность слоя, образующегося в процессе наплавки на границе сплавления основного и наплавочного металлов.

Трещины при наплавке образуются в результате резкого неравномерного распределения температур по сечению такой сложной в конструктивном отношении детали, как коленчатый вал. Если пластические деформации, возникшие в результате значительного градиента температур, достигнут значений выше предела прочности, то в наплавленном слое и зоне термического влияния неизбежно возникнут трещины.

При наплавке могут образоваться трещины, как горячие (кристаллизационные при температуре 1000-1300°С), так и холодные (хрупкие) при температуре ниже 200°С. Первые образуются главным образом в наплавленных слоях, вторые - в основном металле. Поскольку в качестве заготовки используются изношенные коленчатые валы, изготовленные из сталей (45, 50, 50Г, 40Х и др.) с заданным химическим составом, предназначенных для получения требуемой технологической прочности, но склонных к образованию закалочных структур и, как следствие, трещин, то их предупреждение возможно, главным образом, за счет подогрева и выбора оптимального режима наплавки. Для получения благоприятных структур в зоне сплавления и в з. т. в. важно, чтобы выбранный режим наплавки при наложении первых валиков обеспечил допустимую скорость охлаждения для соответствующей стали при температуре наименьшей устойчивости аустенита без подогрева, как отдельной операции.