Защита металла


Детали современных машин работают в тяжелых условиях. Так, при вращении турбины со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту развиваются центробежные силы в десятки тонн. Лопатка газовой турбины — наиболее быстроходной среди других — выдерживает растяжение центробежной силой, которая превосходит ее вес в десятки тысяч раз. Кроме того, лопатка обтекается струей газа, нагретого до 850-900° и движущегося со скоростью сотни метров в секунду — быстрее реактивного самолета.

Рабочие органы землеройных, сельскохозяйственных, горнопроходческих машин подвергаются усиленному трению и износу. Прочность и стойкость требуются инструментам для обработки металлов, валам двигателей и станков, деталям прессов, металлургического оборудования и другим машинам. Трение и износ — главные их враги.

Покрытие детали тонким слоем алюминия
Покрытие детали тонким слоем алюминия

Всего лишь на один килограмм отличается вес новой грузовой автомашины от совершенно негодной, изношенной. Казалось бы, невелика разница, но какую огромную играет она роль! Если вспомнить, сколько машин работает на полях, в шахтах, на заводах, железных дорогах, сколько автомобилей имеется во всей стране и сколько для этой машинной армии надо запасных частей сколько сил и средств отнимает ремонт, станет понятным, почему с трением и износом ведут упорную борьбу.

Для уменьшения трения во вращающихся частях машин применяют подшипники. Трущиеся детали разделяют слоем смазки, которая уменьшает трение. Но прочность металла здесь имеет тоже очень важное значение. Ее повышают различными видами тепловой обработки, при которой изменение температуры ведет к изменению свойств материала.

Изготовляя детали машин, стремятся увеличить прочность их поверхности, защитить от преждевременного разрушения. Для этого применяется целый ряд способов упрочнения поверхности металлов.

Чтобы сгладить поверхность, уплотнить ее, деталь обкатывают роликами. При этом трещины, углубления, всевозможные неровности, оставшиеся от предыдущей обработки резцом, выравниваются. Это можно увидеть, проверив качество поверхности детали после обкатки специальным прибором — иглой, которая, ощупывая профиль поверхности, вычертит почти ровную линию. Увеличивается и твердость металла, он лучше будет сопротивляться износу.

Обкатка вагонной оси увеличивает срок ее службы в 20 раз. Такой обработке подвергают детали цилиндрической формы и отверстия. Иногда вместо обкатки отверстий применяют продавливание сквозь них стальных шариков или другого инструмента.

Широко используется и обдувка деталей дробью. При ударах дробинок поверхность металла уплотняется. Тонкий поверхностный слой приобретает большую прочность. Например, прочность обдутых дробью пружин возрастает почти вдвое. Срок службы коленчатого вала двигателя увеличивается в 9 раз.

Дробинки изготовляют из стали или из чугуна. Диаметр их — от нескольких долей до 2 мм. Поток дробинок создают дробеструйным аппаратом с помощью сжатого воздуха или центробежной силы. Дробью обрабатывают детали любой формы.

Вместо потока дробинок можно наносить удары по поверхности стальными шариками. Их укрепляют во вращающейся обойме, и каждый шарик, встречая деталь, ударяет по ней, а затем отскакивает обратно. При быстром вращении деталь может получить свыше 100 тыс. ударов в секунду. Правда, применять этот способ можно только для обработки цилиндров и плоскостей.

 

 

При упрочнении металлов на помощь нередко приходит химия. Поверхностный слой насыщают углеродом и азотом, алюминием, хромом, кремнием, бором. Их молекулы проникают в металл и образуют в нем твердые соединения, повышая прочность и износоустойчивость, стойкость против окисления, нагрева, действия кислот.

Чтобы насытить поверхностный слой нужными химическими элементами, применяют различные способы. Соединения этих элементов могут быть жидкими — в растворах, в виде газов или порошков, которые наносят на поверхность металла. Наносят их и в расплавленном состоянии. Так, например, покрывают детали алюминием. Насыщение требует обычно высокой температуры и длительной выдержки. При насыщении углеродом и азотом стойкость режущих инструментов повышается вдвое-втрое.

Часто приходится покрывать деталь другим металлом или сплавом. В экскаваторах, дробилках, буровых инструментах, штампах, которым приходится выдерживать истирание, удары, трение, твердосплавные покрытия позволяют повысить стойкость иногда в 10 раз. Это объясняется тем, что твердые сплавы хорошо сопротивляются износу.

Слой в несколько миллиметров, прочно соединенный с основным металлом и наплавленный на него, образует надежную броню. При этом экономится дорогой металл, так как деталь можно изготовить из обычной стали и покрыть лишь тонким защитным слоем. Например, применение сменных хромированных гильз для цилиндров автомобильных двигателей позволяет увеличить пробег автомашины «Победа» со 120 до 200 тыс. км. Очень сильно изнашиваются гильзы цилиндров и поршневые кольца двигателей. Хромовые покрытия повышают их стойкость в 15 раз. Хром наносят электролитическим путем.

Никелевые покрытия увеличивают стойкость против износа и защищают от окисления режущие инструменты, шестерни, штампы, различные детали насосов и других машин. Детали, защищенные никелем, могут работать во влажном и теплом воздухе тропиков. Износостойкость увеличивается более чем в 10 раз.

Никелирование производится без участия электрического тока. Деталь погружают в подогретый раствор, содержащий соединения никеля. Никель осаждается из раствора, причем очень равномерно. Получается слой строго определенной толщины. Можно, например, отникелировать лезвие бритвы, и режущая кромка останется ровной. Это позволяет покрывать детали сложной формы с внутренними полостями и выемками. А если после покрытия слой подогреть, он станет более твердым. Детали, никелированные химическим способом, надежно работают при высоких температурах.