Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Применение двухслойного герметичного хромового покрытия и безабразивной ультразвуковой финишной обработки для ремонта и изготовления деталей авиатехники

Применение двухслойного герметичного хромового покрытия и безабразивной ультразвуковой финишной обработки для ремонта и изготовления деталей авиатехники

В статье приведены результаты исследований для определения возможности применения двухслойного хромового покрытия и безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО) для ремонта деталей авиационной техники.

Исследования проводились методом сравнительного анализа данных по испытаниям образцов с различными способами нанесения хромового покрытия финишной обработки.

Исследования включали:

  1. изучение структуры контрольных образцов и испытание на трехточечный изгиб с фиксацией величины прогиба на 0,5 и 1 мм;
  2. измерение ширины раскрытия трещины, отслоения покрытия от основы хромовых покрытий после шлифования, выглаживания, шлифования, БУФО на образцах из стали ЗОХГСН2А шириной 3 мм, длиной 40 мм;
  3. измерение шероховатости поверхности после алмазного выглаживания, после БУФО, после шлифования.

Испытания на трехточечный изгиб осуществлялись на универсальной машине Instron-1195 со скоростью нагружения 1 мм/мин. Погрешность измерения нагрузки 1 %.

Исследование структуры хромового покрытия, определение ширины раскрытия трещины, величины отслоения покрытия от основы образцов после испытания проводились на световом микроскопе "MeF-З" фирмы "Reichert" (Австрия).

Рис. 1 Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5 Рис. 6

Для проведения исследовательских работ изготовлялись образцы в виде труб диаметром 37 мм из стали ЗОХГСН2А, σв = 1600...1850 МПа, с покрытиями и без покрытия, с последующей вырезкой стандартных образцов. Кроме того, использовались образцы в виде труб, вырезанные из бракованных деталей авиатехники, диаметром 20 мм, с хромовым покрытием, нанесенным заводом-изготовителем, с последующей вырезкой стандартных образцов.

1. Характеристика, маркировка образцов и результаты их исследований
Номер образца, размеры, мм, покрытие, обработка Маркировка Толщина оьразца, мм Толщина покрытия, мм Структура и состояние хромового покрытия Шероховатость Ra1ср/Rа2ср, мкм Прогиб, мм Нагрузка, F, H
1, D20х3х84, заводской твёрдый хром, шлифование, выглаживание 1-1 3,0 50-55 Покрытие практически беспористое (до 5%), трещины и отслоения отсутствуют 0,07/0,082 0,5 696,5
1-2 3,0 50-55 Покрытие практически беспористое (до 5%), присутствуют трещины шириной до 5 мкм, отслоение отсутствует (рис. 1) 1 1226,3
1/1, D37х3х110, хром молочный + твёрдый, шлифование, выглаживание 1/1-1 3,0 50-60 Трещины и отклонения на покрытии отсутствуют 0,07/0,082 0,5 922,1
1/1-2 3,0 50-60 Покрытие толщиной 50 мкм (от основы на 25мкм плотное, далее - пористое, до 5%), трещины на покрытии шириной до 5 мкм, локальные отслоения (рис. 2) 1 1079,1
1/2, D37х3х110, твёрдый хром, шлифование, БУФО 1/2-1а 5,0 2,5-10 Покрытие практически беспористое (до 5%)(рис.3,а) 0,16/0,488...0,5 0,5 2943
1/2-2а 5,0 25-35 Покрытие практически беспористое (до 5%)(рис.3,б) 1 5483,8
1/2-5б 5,0 2,5-15 Покрытие практически беспористое (до 5%) 0,4/0,488...0,5 0,5 2639
1/2-5б 5,0 50-55 Покрытие практически беспористое (до 5%). Трещина, выкрашивание 1 5748,7
2/1, D37х5х110, хром молочный + твёрдый, шлифование, выглаживание 2/1-1 5,0 10-20 Покрытие плотное, практически беспористое. Трещины на покрытии и в стали до 5 мкм (рис. 4,а) 0,331...0,378 0,5 2452,5
2/1-2 5,0 10-20 Покрытие плотное, практически беспористое. Отрыв и выкрашивание покрытия, трещины на стали (рис. 4, б) 1 4247.7
2/2, D37х5х110, без покрытия, шлифование, БУФО 2/2-1 4.5 - Покрытие отсутствует 0,145/0,713 0,5 1912,9
2/2-1 4,5 - То же 1 3472,7
3/1, D37х5х110, твёрдый хром, шлифование, выглаживание 3/1-1 5,0 До 10 Покрытие локальными участками 0,335...0,395 0,5 2589,8
3/1-2 5,0 До 10 То же 1 3835,7
3/2, D37х5х110, без покрытия, шлифование, БУФО 3/2-1 4,5 - Покрыте отсутствует 0,098 0,95 1932,6
3/2-2 4,5 - Трещины на стали (рис. 5) 1 3825,9
Шлифование без БУФО 3/2-5 4,5 - Покрыте отсутствует 0,244 0,5 1795,2
3/2-6 4,5 - То же 1 3521,8
3, D37х5х110, без покрытия, шлифование, выглаживание 3-1 5,0 - Рваный край основы 0,246/0,315 0,5 2060,1
3-2 5,0 - То же 1 4463,6
2, D20х3х94 заводской твёрдый хром, шлифование, выглаживание, БУФО с двух сторон на длину 30...35 мм 2-1 3,0 50 Трещины на покрытии шириной до 15 мкм, покрытие практически беспористое (до 5%), отслоение отсутствует (рис. 6) 0,09/0,075(БУФО) 0,5 902,5
2-2 3,0 50 Трещины на покрытии шириной до 20 мкм, покрытие практически беспористое (до 5%), локальные отслоения (рис. 6) 1 1000,6
Примечание. Ra1ср - средняя шероховатость со стороны трубы, из которой вырезаны образцы; Ra2ср - средняя шероховатость исходной части трубы

Из каждого образца для проведения испытаний на изгиб вырезались образцы размером 3x40 мм, образцов указана в табл. 1. При их маркировке дополнительно (кроме номера образца, из которого они вырезались) указывался их порядковый номер.

Характеристика и маркировка образцов, результаты их исследований приведены в табл. 1. Микрошлифы образцов, х200, показаны на рис. 1-8.

Характеристика покрытия контрольных образцов из стали ЗОХГСН2А без испытания на изгиб представлена в табл. 2.

Рис. 7 Рис. 8

Дополнительно проводилась проверка распре-деления нормальной магнитной составляющей Нр методом магнитной памяти металла для оценки напряжений поверхности исследуемых образцов, которая показала, что распределение Нр на образцах, изготовленных по технологии шлифование + термообработка + алмазное выглаживание сравнимо качественно и количественно с распределением Нр на образцах, изготовленных по техноло-гии шлифование + БУФО.

2. Характеристика покрытия контрольных образцов
Образец Толщина покрытия, мкм Структура и состояние хромового покрытия и основы
1/2-8 5...10 Практически беспористая (пористость до 5%)
1/2-4 15...20 Практически беспористая (пористость до 5%)
2/1-4 10...20 Практически беспористая (пористость до 5%), трещины на стали
2/2-4 - Покрытие отсутствует (рис. 7)
3/1-4 - Покрытие локальными участками (рис. 8)
3/2-4 - Покрытие отсутствует

Анализ результатов исследования.

  1. На образцах без хрома шероховатость поверхности лучше после обработки шлифование + БУФО (Ra 0,098...0,099 при Ra 0,244 после шлифования), чем после шлифование + алмазное выглаживание (Ra 0,246 при Ra 0,315 после шлифования).
  2. Анализ дефектов показывает, что их появление в виде отрыва и выкрашивания покрытий обусловливается качеством предыдущей обработки - качеством нанесения хрома и проведения шлифования, а не конечной - алмазного выглаживания или БУФО, или вида хрома (молочный + твердый или твердый).
  3. Трещины, видимые на основе образцов 2/1 и 2/2 являются дефектом материала, поскольку над частью трещин покрытие не разрушено.
  4. На образцах с покрытием твердого хрома параметры шероховатости поверхности после БУФО (Ra 0,160 при Ra 0,488...0,500 после шлифования образца 1/2) сравнимы с параметрами шероховатости после обработки алмазным выглаживанием (Ra 0,070...0,080 при обработке заводом-изготовителем образца 1; Ra 0,335...0,395 при обработке РУПП "558 АРЗ" образца 3/1). Требования по шероховатости к обрабатываемым поверхностям обычно не превышают Ra 0,63.
  5. БУФО (образцы 3/2-1, 3/2-2) приводит к упрочнению материала по сравнению с шлифованием (образцы 3/2-5, 2/2-6). После БУФО по твердому хрому образец 1/2-2а выдержал испытание на изгиб 1 мм без образования трещин на покрытии.
  6. Покрытие молочным + твердым хромом менее пористое по сравнению с покрытием твердым. Образцами с данными покрытиями выдерживаются практически одинаковые нагрузки.

Выводы.

  1. Покрытие молочным + твердым хромом можно использовать для ремонта узлов и деталей авиатехники.
  2. Возможно использование БУФО при обработке поверхностей (с покрытиями и без покрытий) деталей и узлов авиатехники.

Справочник. Инженерный журнал. №11, 2004, с. 60-63
С.Я. ЮРКЕВИЧ, СБ. КУНАШЕНКО, Е.Г. ПРИЩЕПОВ, Н.В. КАБАТАЕВ

Статьи партнеров