重载传动件磨损轴颈的热喷涂修复
[摘 要] 针对几种重载传动零件轴颈在运行中严重磨损的状况,采用热喷涂3Cr13涂层技术成功进行
了修复,简述了修复工艺参数并试验验证了涂层性能,分析了该技术在重载轴颈磨损修复上应用的可靠性。
[关键词] 热喷涂; 3Cr13;传动零件轴颈;修复
0 前 言
很多传动零件在运行过程中因缺油或长期运行不
当造成轴颈磨损、烧损,损伤痕迹多为轴颈变小,严重
处呈现局部沟槽、表面烧焦,导致配合失效。几种发电
厂设备待修零件的运行参数见表1,其轴颈磨损及烧损
达1~2 mm。
目前,用于轴类零件磨损修复的手段主要有堆焊、
电刷镀、车小轴颈、热喷涂等[1]。从涂层可靠性而言,
特别对一些高速、大型、重载零件,一般首选堆焊、电刷
镀或车小轴颈进行修复,往往认为喷涂层质量不稳定,
涂层抗扭、抗剪力差,担心运转过程中涂层脱落而不敢
采用。本工作对采用热喷涂3Cr13涂层技术修复重载
传动件磨损轴颈进行了试验研究。
1 传动件磨损轴颈常用修复工艺的选择
(1)堆焊 选用特种焊条对磨损部位进行补焊,焊
接完成后通过机械加工保证配合尺寸。堆焊涂层与轴
颈基体的结合为冶金结合,结合力很高,但堆焊的热影
响区较大,一旦在施焊过程中产生轴颈弯曲变形,再进
行事后调整是相当困难的。因此,轴颈磨损修复不宜
采用堆焊手段。
(2)电刷镀 其镀层与基体的结合为金属离子的
沉积结合,结合力较高,镀层无需再加工,但刷镀获得
的最佳厚度一般较薄,仅为0. 04~0. 30 mm。对于加
工超差补救及磨损量较小的表面宜采用电刷镀修复。
由于几种待修轴径磨损量局部已达1 mm以上,而且表
面烧伤严重,不宜采用电刷镀修复。
(3)车小轴颈 对磨损表面直接进行切削加工,使
其在公差尺寸范围内,由于磨损表面被车削,基体尺寸
变小,对于几种轴颈来说,滑动轴瓦或滚动轴承需重新
配制,而且轴颈下切量将达2 mm以上,这样对转动零
件的抗扭力有影响。
通过几种修复方案的对比分析,决定尝试采用电
弧喷涂技术对以上几种重载零件磨损轴颈进行修复。
2 电弧喷涂修复技术
利用具有平直特性的电弧喷涂设备,使两根金属
合金丝材靠短路电流熔化并在极短时间内充分雾化,
喷涂至粗化后的轴颈表面形成涂层。
2. 1 材料的选择及涂层特点[2, 3]
(1)喷涂材料选择�3 mm的3Cr13丝材,其涂层
硬度适中,达35~45HRC,易于切削加工,且喷涂层内
部可形成大量微孔,能起到储油减摩作用。
(2)涂层厚度可达0. 1~5. 0 mm,可以对任意磨损
量的不同零件进行有效修复,克服了电刷镀仅能维修
0. 3 mm以下磨损厚度的缺陷。
(3)涂层形成过程中的热影响区较小,喷涂过程中
可控制工件表面温度在100~200℃,使轴颈在施喷过
程中不变形。
(4)3Cr13电弧喷涂层与各种钢质零件基体结合强
度高。
2. 2 修复工艺
2. 2. 1 清洗
用清洗剂及汽油彻底清洗喷涂修复表面及相关表
面,不许有油污。
2. 2. 2 粗化
(1)采用机械加工的方法进行粗化,并选用C650
×6 000车床(C指普通车床, 650表示床身上最大回转
直径为650 mm, 6 000表示最大加工长度6 m)车削。
根据磨损量的大小对磨损轴颈进行切削,将涂层厚度
控制在1. 0~1. 5 mm。
(2)车毛螺纹。装刀时低于中心线1~2 mm,进刀
最好一次到位,以获得更加毛糙的螺纹表面。
2. 2. 3 喷涂
(1)检查气源质量,压缩空气应无水无油。
(2)喷涂选用自产DDP-Ⅲ型电弧喷涂设备进行。
(3)喷涂底层材料为铝青铜。
(4)喷涂后轴颈基本尺寸大于配合尺寸2~3 mm,
具体工艺参数见表1。
2. 2. 4 车削加工
用C650×6 000车床,选用YT726硬质合金刀具
对涂层进行车削加工,分粗车、精车两道工序,粗车切
削深度0. 3mm以下,精车切削深度0. 1mm以下,最后
车削涂层至图纸尺寸。
2. 3 喷涂层性能测试
(1)涂层硬度 硬度是决定轴颈耐磨性的重要指
标,由于轴颈和轴承或轴瓦间的相互摩擦力直接作用
于涂层表面,因此涂层硬度的大小直接影响轴颈和轴
承轴瓦相互配合的使用寿命,涂层硬度测试结果见表
2,试验涂层厚度2. 0~2. 5 mm。
相当,且喷涂层是有空隙的涂层,质地类似于铸铁,在
轴颈和轴瓦相对运动过程中涂层内部被油浸透,润滑
充分,摩擦力减小,可有效保护轴颈。
(2)修复件抗扭结合力 涂层在运动过程中主要
承受扭矩作用,偏车试验可以定性检验涂层的抗扭结
合力。试验方法:将喷涂完毕的试件偏夹于车床上,偏
心距1mm,按试件转速10m/min,走刀量0. 1mm/r,逐
级车削涂层至局部显露基材。试验过程参数见表3。
从试验结果来看,喷涂层和基材结合部、交接处结合牢
固,无切削起皮现象,涂层结合质量好。
(3)涂层剪切结合强度 由于轴颈和轴瓦相对运
动过程中产生的摩擦剪应力和传递扭矩时产生的剪应
力共同作用于涂层,因此对涂层的抗剪能力要求较高。
试验结果见表4,试验涂层厚度2. 0~2. 5 mm。
从表4可以看出,经过车毛螺纹粗化后,涂层有相
当高的抗剪强度,可以满足轴颈安全运行。
3 应用效果
热喷涂技术在徐州发电厂、徐塘发电厂、诧城发电
厂成功用于给水泵电机转子、磨粉机齿轮轴、引风机传
动轴等重载轴颈的磨损修复,已运行多年,无任何质量
问题。
由此可见,采用电弧喷涂修复技术修复一些重载
大型传动零件,是可靠的,值得推广应用。
[参考文献]
[ 1 ] 鲍明远,孟凡吉.氧乙炔火焰粉末喷涂和喷焊技术[M].
北京:机械工业出版社, 1993: 1~13.
[ 2 ]徐滨士,刘世参,张 伟,等.表面工程[M].北京:机械
工业出版社, 2000: 84~102.
[ 3 ]赵文轸,刘琦云.机械零件修复新技术[M].北京:中国
轻工业出版社, 2000: 30~40.
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