DEBRECENI EGYETEM MÜSZAKI FŐISKOLAI KAR Facultas Artium Ingetúariarum Universitas Debreceniensis
Faculty of Teclmical Engineering University of Debrecen
Dr. Fazekas Lajos főiskolai docens
GÉPJAVÍTÁS III. SEGÉDLET
Debrecen, 2001.
TARTALOMJEGYZÉK
1.
GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA TERMIKUS SZÓRÁSI (FÉMSZÓRÁSI) ELJÁRÁSOKKAL .................................................................... 3
1.1.
A termikus szórási (fémszórási) eljárások és jellemzői ........................................... 3
1.2.
A termikus szórási eljárások jellegzetes alkalmazási területei ............................. 4
1.3.
Utóhevítés nélküli lángporszórás (hideg fémporszórás) ......................................... 6
1.3.1.
Az utóhevítés nélküli lángporszórás műveletei ............................................................... 6
1.3.2.
A lángporszórással (hideg fémporszórással) felvitt réteg jellemzői ............................ 12
1.3.3.
A lángporszórás (hideg fémporszórás) anyagai ............................................................ 14
1.4.
Utóhevítéses lángporszórás (meleg fémporszórás) ................................................ 16
1.4.1.
Utóhevítéses lángporszórás műveletei ............................................................................ 16
1.4.2.
Meleg fémporszórással feltöltött rétegek jellemzői ....................................................... 18
1.5.
A hideg és meleg fémporszóráshoz használatos berendezések kialakítása és jellemzői ........................................................................................................................... 21
2.
GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA ELEKTROKÉMIAI ELJÁRÁSSAL ............................................................................................................. 24
2.1.
Elektrokémiai alapfogalmak ....................................................................................... 24
2.2.
Galvanikus fémleválasztás jellemzői ......................................................................... 25
2.3.
Galvanikus vasazás ....................................................................................................... 28
2.4.
Galvanikus krómozás ................................................................................................... 32
3.
GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA MŰANYAGOKKAL ..................... 36
3.1.
A műanyagok és tulajdonságainak ismertetése ...................................................... 36
3.2.
A műanyagok alkalmazástechnikai szempontból meghatározó tulajdonságai 37
3.3.
A felújítás során alkalmazott műanyagporok adalékanyagai ............................. 40
3.4.
Műanyagbevonás technológiája ................................................................................. 40
3.4.1.
A bevonatképzés jellegzetességei .................................................................................... 41
3.4.2.
Az alkatrészek előkészítése ............................................................................................. 42
3.4.3.
A bevonatkészítés módszerei ........................................................................................... 43
3.4.3.1. Forgatópadon történő szórás .............................................................................................. 45 3.4.3.2. Lebegtetett műanyagporba mártás vagy szinterezés .......................................................... 46 3.4.3.3. Elektrosztatikus porszórás ................................................................................................. 47 -1-
3.4.3.4. Műanyagfelvitel lángporszórással ..................................................................................... 48 3.4.3.5. Bevonatkészítés műgyantából ............................................................................................ 48 3.4.4.
Előforduló technológiai hibák ......................................................................................... 49
3.4.5.
A műanyag bevonatok megmunkálása .......................................................................... 49
3.4.6.
A műanyag bevonatok illesztése ..................................................................................... 50
4.
MINTATECHNOLÓGIÁK .................................................................................... 52 Irodalomjegyzék ............................................................................................................ 60
-2-
1.
GÉPALKATRÉSZEK
FELÚJÍTÁSA
TERMIKUS
SZÓRÁSI
(FÉMSZÓRÁSI) ELJÁRÁSOKKAL A termikus szórási eljárás igen nagy múltra tekint vissza az utóbbi 25 évben fejlődött a legtöbbet. Az alkatrészek kopása felületi rétegük fizikai, kémiai tulajdonságaitól függ. Keresztmetszetük nagyobbik része csak a külső terhelés hordozásában, illetve továbbításában vesz részt. A gyakorlat is igazolta, hogy egy homogén összetételű és tulajdonságú anyag szilárdságtani és kopási szempontból csak ritkán nyújt optimális megoldást, és ezért fejlesztették ki a különböző felületkezelési, bevonási eljárásokat, melyekkel a gépalkatrészek élettartamát akár a többszörösére lehet növelni. Egy adott gépalkatrésznél a műszaki-gazdaságossági szempontokat figyelembe véve, melyik eljárást célszerű választani számos tényező befolyásolja így a kopás jellege, a terhelés mértéke, a megkövetelt élettartam és az eljárás költsége. A kopásvédelem egyik hatásos eszköze kopásnak kitett felületek bevonása az adott rendszerben nála jobb kopási és súrlódási jellemzőkkel rendelkező anyaggal. Erre a célra fejlesztették ki az úgynevezett termikus szórási (fémszórási) eljárásokat a legkülönbözőbb fémes és nemfémes anyagok felületre való felvitelére.
1.1. A termikus szórási (fémszórási) eljárások és jellemzői A szórási eljárások a felvitt régek jellege alapján két nagy csoportra osztható: utóhevítés nélküli ún. „hidegszórás”, melynél az olvadási hőmérsékletre hevített és a felületre juttatott szemcsék nem lépnek egymással és az alapanyaggal kohéziós kapcsolatba (nincs beolvasztás) a felvitt réteg porózus szerkezetű, a felvitel során az alapanyag max. 150-200°C-os hőmérsékletet ér el, utóhevítéses ún. „melegszórás”, amikor a felszórt réteget a szórással egyidejűleg vagy azt követően megolvasztják így tömör, öntött szerkezetű lesz. A szóráshoz használt ötvözetek olvadási hőmérséklete 900-1200°C közé esik, az alapanyag felmelegedése elérheti a 800-900°C-ot. Ezen a hőmérsékleten már jelentős szövetszerkezeti változások mehetnek végbe az alapanyagban, megváltoztatva az előző hőkezelések hatását, másrészt a belső feszültségek oldódása, az egyenlőtlen melegedés és lehűlés miatt elhúzódások jöhetnek létre. A termikus szórási eljárásokat szokás a felhasznált hőforrás és a szórt anyag jellege szerint is csoportosítani. Egy ilyen lehetséges felosztást mutat a 1. ábra.
-3-
1. ábra Termikus szórások csoportosítása
1.2. A termikus szórási eljárások jellegzetes alkalmazási területei A termikus szórási eljárások alkalmazási területeire vonatkozóan nagyszámú gyakorlati tapasztalat áll rendelkezésre. Ezek értékelésénél mindig figyelembe kell venni a terhelés jellegét, nagyságát és az alkalmazott szórási eljárást. Az összehasonlítás csak azonos feltételek esetén ad helyes eredményt. Főbb alkalmazási területek: -
kopott felület feltöltése névleges méretre,
-
súrlódás és kopás csökkentése,
-
korrózióvédelem,
-
dekoráció, stb.
Kopott felület feltöltése névleges méretre Ez a feladat legtöbbször átfedéssel illesztett felületeknél (csapágyhelyek, tengely-agy kötések, stb.) fordul elő, amikor meghibásodás következtében azok egymáson elmozdulnak, kopnak, illetve berágódnak. Ilyen esetekben legtöbbször elegendő ötvözetlen szénacél szóróanyagot felhasználni, melyet kisteljesítményű lángszórópisztolyokkal is jó minőségben fel lehet vinni (pl. Roto-Tec, interweld XS-8, stb.). Súrlódás és kopás csökkentése Az alkatrész-felújítás területén talán ez a leggyakoribb feladat. A szórási eljárás és szóróanyag tekintetében körültekintően kell eljárni, mivel az igénybevételek igen széles skálán mozognak. Figyelembe kell venni, hogy a szórt réteg csak felületen megoszló terheléseket képes megbízhatóan elviselni. Pont és vonalmenti koncentrált terheléseknél, mint pl. fogaskerekek fogfelületei, tűgörgős -4-
csapágyfelületek, vezérlőbütykök, stb. nem alkalmazható. Ütésszerű dinamikus terheléseknél alkalmazása nem kizárt, de megbízható méretezési eljárás ma még nem ismert. Ilyen esetekben célszerű ellenőrző vizsgálatokat végezni. Általános szabályként elfogadható, hogy a tömörebb, nagyobb tapadási szilárdságot biztosító szórási eljárások és szívósabb szórt rétegek a megfelelőbbek. Általános célokra Cr, illetve Cr-Ni ötvözésű acél szóróanyagokat használunk, melyek mind láng(por és huzal), mind ívszórással jól szórhatók és kiváló súrlódási, kopási jellemzőkkel rendelkeznek. Nemcsak adhéziós, hanem eróziós és abrazív koptató igénybevételnek is ellenállnak, klimatikus viszonyok között korrózióállóak. A szóróanyag keménységét a koptató szemcsék (erózió, abrázió) keménységének megfelelően kell megválasztani. Többnyire ezeket az ötvözeteket használjuk siklócsapágyazások (pl. vezérmű tengelyek, csavarszivattyúk, főtengelycsapok), hidraulika
munkahengerek
dugattyúszárak,
hajtóműtengelyek
tömítőfelületei,
szivattyú
kopóhüvelyek, stb. feltöltésére. Vékony rétegek és/vagy dinamikus terhelés esetén kiválóan megfelel a tiszta molibdén szóróanyag, amely jó tapadása miatt alapozóként is használható. Keménysége a szórási paraméterektől (lángszórás) függően széles határok között változtatható. Keményebb rétegek állíthatók elő szívós hordozószemcsékbe ágyazott fém karbidok, illetve fémoxidok szórásával. Együttesen fellépő korróziós, koptató és oxidációs igénybevételeknél Ni-Cr-Mo (Hartelloy), Co-CrSi (Stellite), Co-Mo-Si (Triboloy) vagy Ni-Cr-B-Si ötvözet fajtákat használhatunk. Ez utóbbiak szórásánál a nagysebességű szórási eljárások adják a legjobb eredményt. A kopásálló felületek megmunkálása rendszerint csak köszörüléssel lehetséges. Korrózióvédelem A súrlódás és kopás csökkentése mellett ez a fémszórások másik legfontosabb területe. Ma már igen elterjedten alkalmazzák vasszerkezetek, daruk, tartályok, vegyipari és élelmiszeripari berendezések, vízügyi létesítmények korrózió elleni védelmére. Kültéri vasszerkezeteknél Zn és/vagy Al bevonatot visznek fel 120-400 µm vastagságban (Erzsébet híd a Dunánál). A tapasztalatok szerint egy többrétegű szórt-festett bevonattal, pl. 80-200µm Zn + 250µm Al + 3-5 réteg festékbevonat, 50 év feletti élettartamot eredményez. A magasabb kivitelezési költségek 15-16 év alatt megtérülnek az újrafestés és rozsdátlanítás költségeinek csökkenése révén. A Zn és Al szórásához ív- vagy huzalolvasztásos lángszórást alkalmaznak. Vegyipari berendezések védelmére az igénybevételtől függően (hőmérséklet, savas vagy lúgos közeg) saválló, rozsdamentes ötvözetek vagy kerámia szórásával védekeznek. A szóráshoz az
-5-
utóbbi időben egyre elterjedtebben alkalmazzák a robbantásos, plazma és a nagysebességű lángszórást. Korrózióvédelemnél, főleg ha a bevont fém a bevonatnál nemesebb, alapvető követelmény, hogy a réteg gázokat és folyadékokat ne engedjen át. Mivel a hidegen szórt rétegek porózusak, gondoskodni kell ezek utólagos lezárásáról (tömítőgyanták, védőlakkok) vagy a megfelelő rétegvastagságról. Vizsgálatok szerint a szórt rétegek pórusai nem egybefüggőek, így adott rétegvastagság fölött a szigetelés biztosított. Ezek a rétegvastagságok a szórási eljárástól függően változók. Ívszórásnál Zn esetében ~ 0,4mm, réznél ~ 0,8 mm. Dekoráció Erre a célra elsősorban a színesfémeket használnak. Az ív- és lángolvasztásos huzalszórásnál a porlasztás finomságának változásával a felület simasága, szemcsézettsége változtatható. Amennyiben fém alapra szórunk, itt is figyelni kell a rétegek közötti korrózió megakadályozására.
1.3. Utóhevítés nélküli lángporszórás (hideg fémporszórás) Az acélhuzal elektródát különleges összetételű ötvözetpor helyettesíti. A finom gömbszemcsés fémport erre a célra kialakított szórókészülékkel visszük fel a feltöltendő felületre. A szórópisztoly a gázhegesztésnél alkalmazott oxigén-acetilén gáztelephez csatlakozik. A portartályból az ötvözetpor – az adagolószelep megnyitása után – a gázlángba jut, ahol a hőhatástól képlékennyé válik, a gáznyomástól felgyorsulva az alapfém felületére csapódik és ott megtapad. A műveletet – hengeres palást feltöltésekor – az alkatrész egyenletes forgatása közben kell végrehajtani. A feltöltés során porózus bevonat keletkezik, amely mechanikus és adhéziós kötéssel tapad az alapanyaghoz. Megfelelő rétegvastagság elérése után a feltöltött palástot kész méretre munkáljuk. 1.3.1. Az utóhevítés nélküli lángporszórás műveletei A technológia főbb műveletei a következők: -
az alkatrész előkészítése,
-
a feltöltendő palást előmunkálása,
-
alapozópor felszórása,
-
töltőpor felszórása,
-
készre munkálás,
-
minőség-ellenőrzés. -6-
a) Az alkatrész előkészítése A felújítandó alkatrészt alaposan meg kell tisztítani a durva szennyeződésektől, a zsír- és olajmaradványoktól. Erre a célra szerves vagy szervetlen oldószer egyaránt megfelelő. A letisztított alkatrészen meg kell határozni a kopás mértékét és jellegét, illetve meg kell vizsgálni, hogy a kopás egyenletesen jelentkezik-e a felületen vagy különböző mértékű, esetleg berágódási helyek is kialakultak. A maximális kopás mértéke alapján határozzuk meg a lemunkálandó réteg mélységét. Fontos továbbá azt is ellenőrizni – különösen átmenti helyeken, retesz- és ékhornyoknál – hogy nincs-e felületén repedés vagy durva folytonossági hiba, ami a felújítást kizárja. A repedésvizsgálatot DIFFUTHERM készlettel végezzük. b) A feltöltendő felület előmunkálása A felületet oly mértékben kell előmunkálni, hogy azon berágódásnak vagy más sérülésnek nyoma ne maradjon. Tengelyszerű alkatrészeknél a deformációból eredő ovalitást is meg kell szüntetni. Mindenképpen célszerű azonban olyan mélységben végezni a lemunkálást, hogy a felületen legalább 0,5mm vastag szórt réteg maradjon készremunkálás után is. A tengelyen előforduló hibahelyek előkészítését mutatja a 2. ábra. A jelzett 45°-os él letöréseket feltétlenül el kell végezni, így ugyanis kevésbé sérülékeny a feltöltött réget a határvonal mentén.
2. ábra A munkadarab előkészítése felszóráshoz Minthogy az alapanyag és a felszórt réteg között a mechanikus és adhéziós kötés a meghatározó, gondoskodni kell róla, hogy a felület tapadóképességét javítsuk. Ezt a célt szolgálja a felület durvítása, ami legegyszerűbben gépi menetvágással valósítható meg. A 2. ábrán egy előkészített felületrész látható, ahol a 0,5mm-es réteg lemunkálása után 0,7mm emelkedésű menetet vágtak. A feltüntetett értékek tájékoztatásul szolgálnak, ezektől eltérő profil és méret is megengedhető az -7-
alkatrész átmérőjétől függően. A menetet úgy kell vágni, hogy felülete érdes, szaggatott legyen, ezért a menetvágókés hegyét 0,1-0,2mm sugárral le kell gömbölyíteni és hosszú szárral kell a kést befogni, hogy vágás közben berezegjen. A kést 1-2mm-rel a középpont alá kell befogni és 5-10m/min forgácsolási sebességgel kell a menetet vágni, így a kés inkább tépi mint vágja az anyagot. Keményebb anyaghoz kisebb, lágyabb anyaghoz nagyobb forgácsolási sebességet használnak. A menetvágás célja még a határfelület növelése mellett a maradó feszültségből származó határrétegben fellépő nyíró igénybevétellel szembeni ellenállás növelése. Az axiális irányú maradó feszültségek okozzák a határréteg lenyíródását, mert a tangenciális irányú feszültségek a zsugorkötéshez hasonlóan a felszórt réteget az alaptestre húzza hengeres munkadarabok esetén. Ezeket figyelembe véve a menetárok tengelyirányú merőlegessége kedvezőbb, de ez kedvezőtlen, különösen fárasztó igénybevételeknél, feszültséggyűjtő hatása miatt. A felület durvítása igen jó eredménnyel végezhető szemcseszórással vagy kézi köszörűvel vagy mindkettő egyidejű alkalmazásával is. Ha mód van rá, e módszereket alkalmazzuk mind hengeres, mind pedig sík felületek érdesítésére. Fontos, hogy a feldurvított felület ne szennyeződjön. Esztergáláshoz tehát ne használjunk hűtőfolyadékot. A felületet kézzel érinteni nem szabad. Ha az áthelyezésnél vagy befogásnál mégsem kerülhető el, tiszta, zsírmentes ruhadarabbal vagy azbesztszövettel kell megfogni az alkatrészt. Az előkészített darabot nem célszerű huzamosabb ideig a korróziós hatásoknak se kitenni, az előkészítést követően 3-4 órán belül hajtsuk végre a feltöltést is. c) Az alapozópor felvitele A lángpor szórásnál (hidegtechnológia) a feltöltési művelet első fázisaként minden esetben egy alapozóréteg felvitele szükséges, amely az alapanyaghoz való jó tapadást biztosítja. Ehhez speciális ötvözetporokat (Ni-Al ötvözeteket) fejlesztettek ki. E porok jellemző tulajdonsága, hogy kémiai összetételüknél fogva ún. exoterm reakcióra hajlamosak. Ez azt jelenti, hogy szórásnál a pisztoly lángja termikus folyamatot indít el a por alapanyagában. Egy-egy részecske 1500-2500°C hőmérsékletre is felhevül, így hegedési pontok alakulnak ki az érintkező felületen, ami biztosítja az alapfémhez való igen jó kötést.
3. ábra Az alapozóréteg tapadása az alapfémhez -8-
A 3. ábra az alapozóréteg kötési módját szemlélteti, ahol fontos szerepe van: -
a felületi érdességnek,
-
a hűlés során a bevonatban ébredő belső feszültségnek,
-
a termikus reakció következtében létrejövő mikrohegedéseknek.
Az alapozóporral 0,05-0,1mm vastag bevonat felszórása elégséges. E réteg kizárólag a kötésszilárdságot biztosítja, tehát más jellegű igénybevételre nem alkalmas, csak megfelelő ötvözetporral felszórt fedő réteggel együtt. Az alapozópor felvitelekor hengeres palást esetén a következő műveleti sorrendet és technológiai adatokat alkalmazzuk: 1. Az alkatrész befogása: forgatópadon, tokmányba vagy csúcsok közé. A darab kerületi sebessége v=20-30m/min. 2. A gáznyomás értékek ellenőrzése, beállítása (tájékoztató adatok) oxigén 1,1-1,2bar, acetilén 0,5-0,6bar. 3. Az alkatrész előmelegítése: a szórópisztolyon redukáló lángot állítunk elő, 15-20cm távolságból rövid ideig melegítjük a feltöltendő felületet abból a célból, hogy a rajta maradó esetleges szennyeződést, párát leégessük. Ekkor a munkadarab 80-100°C-ra melegszik fel. 4. Alapozás: folyamatos forgatás közben megnyitjuk a poradagoló szelepet, és ugyancsak 1520 cm távolságból felvisszük a 0,05-0,1mm-es alapozóbevonatot. Megjegyzés: Az alapozóbevonat vastagsága nem mérhető. Gyakorlatilag addig kell az alapozóport szórni, amíg az előmunkált felületen folyamatos sötét bevonat nem képződik. d) A fedőréteg szórása Az alapozóréteget felvitele után folyamatosan, ugyanazzal a befogással és technológiai adatokkal hajtsuk végre a fedőréteg feltöltését a szükséges vastagság eléréséig. A szórópisztolyt merőlegesen irányítsuk a munkadarab középvonalára. A pisztoly vezetésével törekedni kell az egyenletes réteg kialakítására. Hosszú palástok feltöltésekor egyenletesebb réteget kapunk, ha a szórópisztolyt automatikus előtolással vezetjük (pl. a késtartóba befogva). Ilyenkor a pisztoly tengelyirányú eltolása 7-8mm/ford. legyen. Nem célszerű a felötlést folyamatosan, a pisztoly oda-vissza való mozgatásával végezni. Egy réteg felszórása után a műveletet meg kell szakítani és a felszórást a munkadarab másik, lehűlt végétől újrakezdeni. A szórási művelet során rendkívül fontos a következő előírások betartása: -
a maximális hőmérséklet 200°C, amelynél nem szabad túlhevíteni az alkatrészt, nagyobb felmelegítés esetén a réteg leválik az alapanyagról.
-9-
-
ha vastagabb réteg feltöltésre van szükség (pl. 1-2mm), a szórás időnkénti megszakításával engedjük visszahűlni a munkadarabot. Gyakorlatilag tehát a porszórást 50-200°C hőhatárok között kell elvégezni.
A hőmérséklet mérésére tapintóhőmérő, jelzőkréta vagy jelzőfesték alkalmazható. A technológia megfelelő elsajátítása után már rendszerint nincs szükség külön hőfokmérésre, a gyakorlati tapasztalat kellő biztonságot nyújt a hőfokhatárok betartására. A feltöltést kisebb-nagyobb megszakításokkal addig kell folytatni, amíg a szükséges rétegvastagság ki nem alakul. Forgácsolási ráhagyásra 0,2-0,3mm vastag réteget (átmérőben 0,4-0,6mm-t) számítsunk. A feltölthető rétegvastagság felső határa 1,5-2,0mm. A szórt réteg kialakításában szerepe van a szemcsék becsapódási sűrűségének, a szórás szögének. A becsapódási sűrűséget az ömlesztés technológiai körülményei és a szóráskúp alakja befolyásolja, a szórás geometriáját a 4. ábra mutatja.
4. ábra A szórás geometriája A szórás szögét (α) a szóráskúp (β) tengelye és a szórt felület normálisa között értelmezzük. Túl nagy szórásszög (α) esetén, az alapfém felületi egyenetlenségeinek csúcsai árnyékoló hatást fejtenek ki, lunkerek képződnek az érdesség mélyedéseiben, így a szemcsék tapadása sem megfelelő, ilyenkor a felszórt rétegben pikkelyes leválások észlelhetők. Túl kicsi szórás szög (α) esetén (a felületre közel merőlegesen) a szemcsék rugalmasan visszapattannak és a felület felé haladó további szemcsék mozgását akadályozzák. Tömör szóráskúp (β) estén a felületre eső szemcsék száma nagy, ellenkező esetben kicsi. A nagyobb sűrűségű szemcsepár tömör réteget hoz létre és ebben az összehegedő szemcsék száma is nagyobb. e) A feltöltött réteg készre munkálása A fémszórással növelt illeszkedő felületeket csaknem minden esetben forgácsolással kell a szükséges méretre munkálni. Forgástestek esetében az esztergályozás vagy köszörülés vehető számításba. Ha az igénybevétel megengedi, könnyen esztergálható, lágyabb réteggel töltsük fel az
- 10 -
alkatrészt, így a megmunkálás gazdaságosabb, és köszörűgép hiányában is jó eredménnyel végrehajtható. Megmunkálás esztergályozással A könnyen esztergálható, általános rendeletetésű bevonatokhoz a hagyományos keményfém betétes késeket használhatjuk. Minthogy itt tört forgácsot adó felületek fordulnak elő, a DR sorozatból válasszuk ki a megfelelő lapkát. E lapkaminőség DR 01 - DR 40-ig terjed. A számok növekedésével nő a keményfém szívóssága, és csökken a kopásállósága. A gyakorlatban a DR 10 vagy DR 20 minőségű betétlapkát használhatjuk. Nagy szerepe van a forgácsolási szög megválasztásának is. Lágyabb anyagoknál pozitív, keményebb kopásálló rétegeknél pedig rendszerint negatív forgácsolási szögben kell a kést élezni. A jellemző élszögeket az 5. ábra mutatja. A megfelelően megválasztott forgácsolási adatokkal végezve a simító vagy finomesztergálást, a szokásos IT6 - IT7 pontosság és e tűréshatárokon belül az Ra 0,63 - Ra 1,25 értékű felületi érdesség is elérhető.
γ=-5°–0° α=5°–6° 5. ábra Keményfémlapkás esztergakés élkialakítása készre munkáláshoz Mindebből következik, hogy az esztergált felület jól megfelel: -
gyűrűs- és siklócsapágyak illesztéséhez,
-
átmeneti és szilárd illesztésű helyeken,
-
továbbá alternáló mozgást végző tömítőpalástokon is.
Bizonyos alkatrészek felújításánál követelmény a kopásálló, kemény réteg felvitele. Az 50-55 HRC keménységű vagy azzal egyenértékű réteg esztergálása csak szuperkemény forgácsolólapkával valósítható meg. A szuperkemény esztergakéseket KOMPOZIT megnevezéssel forgalmazzák.
- 11 -
Megmunkálás köszörüléssel A hidegtechnológiával felvitt rétegek köszörülése kedvezőtlen, mert viszonylag gyorsan eltömődik a köszörűkő, és ezért gyakori szabályozásra van szükség. Főként a kemény réteggel feltöltött palástok megmunkálásánál lehet indokolt a köszörülés, ahol a kopásállóság mellett a felületi minőségnek is fontos szerepe van. Ilyen jellegű alkatrészek pl. a hidraulikus és pneumatikus szerkezetek vezérlő- és munkavégző egységei. A kemény rétegek köszörülésekor (HB 300-től) a legjobb eredményt a nagy szemcsekeménységű és a lágy esetleg közepes kötéskeménységű korongok adják. A kiválasztáshoz javasolt adatok: Korongméret: A szemcse anyaga:
Ø400 SCZ (zöld szilíciumkarbid) vagy BC (bórkarbid) H-K tartományon belül (lágy) L-M tartományon belül (közepes) 40-63 (közepes) 25-30m/s 12-15m/min
Kötéskeménység: Szemcseméret: A köszörűkorong kerületi sebessége: A munkadarab kerületi sebessége:
Megjegyzés: a forgácsolási ráhagyásra ugyanolyan rétegvastagságot kell számítani köszörüléskor is, mint esztergálás esetén. 1.3.2. A lángporszórással (hideg fémporszórással) felvitt réteg jellemzői A felvitt rétegek jellemzésére legtöbbször a tömörséget (porozitást), keménységet, a kötés húzó- és nyírószilárdságát adják meg. Ezek értéke nemcsak a felhasznált anyagoktól, hanem jelentős mértékben a szórási eljárástól és a szórás paramétereitől függnek. Az utóhevítés nélküli (beolvasztás nélküli) „hideg”-szórásnál a szórt rétegek minőségét számos tényező befolyásolja, melyek közül legfontosabbak: -
a hőforrás max. hőmérséklete,
-
a felületre csapódó részecske sebessége,
-
a részecske és a környezet között lejátszódó kémiai kölcsönhatás,
-
a részecske mérete és alakja.
Mivel a szórt anyagot a pisztolyban olvadási hőmérséklete közelébe kell hevíteni, ezért az alkalmazott hőforrásnak a szórt anyaghoz kell igazodnia. A megolvadt szemcse, repülési sebességétől függően, hosszabb-rövidebb ideig érintkezik a környező gázokkal, illetve más lesz a becsapódási energiája. - 12 -
A nagyobb repülési sebesség kevesebb időt hagy az oxidációra és vegyi folyamatokra, a nagyobb becsapódási energia tömörebb, nagyobb tapadószilárdságú réteget eredményez. Egyúttal nő a réteg belső szilárdsága is, így nagyobb terhelést képes elviselni. Az utóbbi időben végrehajtott fejlesztések mind a nagysebességű szórás megvalósítását célozták. Szórási eljárások jellemzői Eljárás megnevezése Kisteljesítményű lángszórás (sűrített levegő alk. nélkül) Nagyteljesítményű lángszórás Elektromos ívszórás Nagysebességű lángszórás Plazmaszórás Robbantásos szórás
1. táblázat
Energiaforrás
A szórt anyag formája
Max. hőmérséklet a fúvóka kimeneténél (°C)
Max. részecskesebesség (m/s)
Max. tapadószilárdság* (N/mm2)
Prorzitás (%)
acetilén + oxigén
por
3000-3200
50-100
20-50
<20
acetilén + oxigén
por, huzal
3000-3200
100-150
35-90
<15
elektromos ív
huzal
3500-4200
~150
50-140
<15
Por
2500-3000
300-600
>70
<5
por
10000-15000
300-600
70-110
<10
por
~5000
~700
>70
<5
propánbután (H2) + oxigén acetilén + oxigén plazmaláng
*A felületelőkészítés módjától és anyagától függően Az 1. táblázat a beolvasztás utóhevítés nélküli fémszórások jellemzőit foglalja össze. A tapadószilárdság és porozitás értékek acélokra és ötvözeteikre vonatkoznak. A porozitás térfogatszázalékban vannak megadva és csak közelítő jellegűek, mivel a mérési módszertől függően az irodalmi adatok igen eltérőek. A tapadószilárdság (húzószilárdság) értéke nagymértékben függ a felületelőkészítés minőségétől és módjától, hiszen a kötést a mechanikai kapcsolat mellett adhéziós erők hozzák létre. Nagyon fontos, hogy a felület fémtiszta és érdes legyen. Ez utóbbi megfelelő formáját szemcseszórással (elektrokorund, acélszemcse, stb.) menetes profil esztergálásával vagy menetes profil utólagos görgős durvításával érhető el. Ezekkel a módszerekkel a sima, esztergált felülethez képest akár kétszeres tapadó- és nyírószilárdságot érhetünk el. Az utóhevítés nélküli „hideg” szórással felvitt rétegek előnyei a következőkben foglalhatók össze: -
A porok nagy részarányban tartalmaznak nemes ötvözőelemeket (Cr, Ni, W, Mo, Cu, Al), így a felvitt réteg korróziálló, igen jó a siklási és kenési tulajdonsága.
-
A portípusok megválasztásával tetszés szerinti lágy vagy kemény kopásálló réteg állítható elő, így a feltöltéssel gyakran helyettesíthetők egyes felületkezelési és felületvédelmi eljárások (pl. a kéregedzés, krómozás, kadmiumozás, horganyzás stb.).
-
A szórásnál nincs szigorúan körülhatárolt hőintervallum, gyakorlatilag a műveletet 80200°C határok között végzik, ami megkönnyíti a technológia helyes kivitelezését.
-
Az alkatrész tömege és mérete nem korlátozza a technológia alkalmazását. - 13 -
-
Az alapanyag csak 200°C-ig melegszik fel, így nem lép fel szövetszerkezeti elváltozás és szilárdságcsökkenés.
Nem alkalmazható azonban a hidegszórás a következő esetekben: -
Dinamikus igénybevételű felületen, pl. forgattyúcsap, vezérlőbütyök, stb. feltöltésére.
-
Koncentrált pont- vagy vonalszerű felületi terhelés esetén, pl. tűgörgős csapágy alatti paláston.
-
Nagy hőhatásnak kitett helyeken, pl. turbókompresszor-tengelyen, szeleptányéron stb.
A kizáró tényezők az alkatrészeknek csak egy szűk körét érintik, az esetek 80-85%-ában a hidegszórást részesítik előnybe a melegtechnológiával szemben. 1.3.3. A lángporszórás (hideg fémporszórás) anyagai A lángporszórási technológiákhoz kialakított hozaganyagok finom gömbszemcsés fémporok, amelyek fémporlasztással állítanak elő. A gomb szemcsés kivitelre azért van szükség, hogy a szórópisztolyban a folyamatos és egyenleges adagolás biztosítható legyen, ne következzen be a por botladozása és a fúvókák eltömődése. A különböző – Castolin + Eutectic, UTP, Interweld – cégek által előállított portípusok felhasználási területüket és mechanikai jellemzőiket tekintve közel állnak egymáshoz. A felhasználásra javasolt fémporokat e jellemzők szerint csoportosítva tartalmazza a 2. táblázat, a teljesség igénye nélkül. A 3. táblázat a felvitt rétegek megmunkálási adatait foglalja egybe.
- 14 -
Ötvözetporok hideg fémporszóráshoz Ssz. 1. 2. 3. 4. 5.
Portípus INTERWELD M55 XUPER-ULTRA-BOND 51000 (Castolin) EXOBOND 1001 (UTP) INTERWELD M42 LUBROTEC 19985 (Castolin)
Keménység 150-190HV
170-210HV 160HB
7.
INTERWELD M50
240HB
9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
INTERWELD M45 INTERWELD M46 DUROTEC 19910 (Castolin) CORO RESIST 19310 (Castolin) HARDTEC 19400 (Castolin) EXOBOND 2002 (UTP) INTERWELD M130 FRIXTEC 19850 (Castolin) EXOBOND 2003 (UTP)
Alapozópor (Ni, Al ötvözet)
160HB
EXOBOND 2001 (UTP)
CORO RESIST 19300 (Castolin)
A felvitt réteg jellemzői
Felhasználási terület Az alapanyagra felszórva jó tapadást biztosít
-
6.
8.
2. táblázat
220-260HV
270HB 180HB 100-360HV 290-340HV 320-370HV 38HRC
Közepes keménységű vasalapú por
Magas Cr-Ni- tartalmú porok. A réteg fokozott mértékben korrózióálló és jó siklási tulajdonságú. Esztergán könnyen megmunkálható
Magas Cr-Ni- tartalmú porok. kemény, kopásálló bevonatot adó ötvözetporok. A megmunkálást köszörüléssel vagy szuperkemény esztergakéssel (KOMPOZIT) lehet elvégezni. Jó siklási tulajdonságú, korrózióálló réteg.
Intenzív kopásnak kitett alkatrészek felújítása. Siklócsapágy alatti palást feltöltése, alternáló vagy szakaszos mozgást végző alkatrészeken, pl.: hidraulikus és pneumatikus elemeken a tömítőpalástok feltöltése.
Alumínium-bronz ötvözet. Jó siklási tulajdonság és könnyű megmunkálhatóság jellemzi.
Siklócsapágyhelyek feltöltése. A tengelyre felszórt bevonat helyettesíti a színesfém csapágyperselyt vagy műanyag perselyt.
150HB 100-140HV 130HB
Átmeneti és szilárd illesztésű alkatrészpároknál, ahol pontvagy vonalszerű felületi terhelés nincs: pl.: csapágygyűrűk, rögzítőgyűrűk tárcsák, kerékagyak stb. felfekvési helyein. Az előbbivel azonos jellegű illesztéseknél, főként agresszív közegben működő alkatrészek feltöltése. Pl.: nedves közegben működő vagy műtrágyával, vegyszerekkel érintkező felület feltöltése
Hideg fémporszórással feltöltött rétegek megmunkálási adati Ssz.
Portípus
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
INTERWELD M42 LUBROTEC 19985 EXOBOND 2001 INTERWELD M50 CORO RESIST 19300 INTERWELD M45 INTERWELD M46 DUROTEC 19910 CORO RESIST 19310 HARDTEC 19400
11. 12.
EXOBOND 2002 INTERWELD M130
13. 14.
FRIXTEC 19850 EXOBOND 2003
Megmunkáláshoz javasolt keményfém MSZ (ISO)
A vágóél homlokszöge
DR 10 (K10)
+5
DR 10 (K10)
+5°
DR 10 (K10)
-5°
KOMPOZIT-05
-5°
DR 10 (K10)
3. táblázat Forgácsolási adatok
N S
⎡ m ⎤ v⎢ ⎥ ⎣ min ⎦
⎡ mm ⎤ e⎢ ⎥ ⎣ ford ⎦
f [mm]
Hűtés
N
50
0,2
1,0
-
S
60
0,08
0,05
-
N S N S N S
32 50 110 180 32 32
0,2 0,08 0,1 0,05 0,2 0,08
1,0 0,05 0,5 0,05 1,0 0,05
-
N
70
0,2
1,0
-
S
70
0,08
0,05
-
+8
- 15 -
1.4. Utóhevítéses lángporszórás (meleg fémporszórás) Az utóhevítés nélküli lángporszóráshoz (hideg fémporszóráshoz) hasonló, de a műszaki jellemzők tekintetében attól teljesen eltérő feltöltési eljárásoknak tekinthető a meleg fémporszórás. E technológia alapvetően abban különbözik a hidegszórástól, hogy itt a műveletsor kiegészül a réteg beolvasztásával. Ez azt jelenti, hogy szóráskor kialakuló réteget intenzív felmelegítéssel 9501000°C-on megolvasztjuk, porozitása megszűnik, és összefüggő tömör bevonatként tapad az alapanyagra. Fontos jellemzője a feltöltőpornak, hogy olvadáspontjuk 300-400°C-kal alacsonyabb az acélok és vasöntvények olvadáspontjánál, így a réteg beolvasztásakor az alapanyag nem olvad meg, a felületen keletkező ömledék tehát nem keveredik az alapfémmel. A melegszóráshoz kifejlesztett ötvözetporok jelentős arányban tartalmaznak B és Si ötvözőket. E két elem diffúziós képessége igen nagy, ezért ömlesztéskor a részecskék átlépik az alapanyag határfelületét, abba bediffundálnak. E folyamat eredményeként a korábbi mechanikus tapadás diffúziós kötéssé alakul át. A diffúziós kötéssel tapadó réteg sem statikus, sem dinamikus igénybevétellel nem választható le az alapfémről. A portípustól függően a feltöltött réteg keménysége 18-65HRC értékek között változhat. A felöltőporok nagy választéka lehetővé teszi a technológia széles körű alkalmazását mind forgástestek, mind pedig sík vagy alakos felületek feltöltésére. 1.4.1. Utóhevítéses lángporszórás műveletei A technológia főbb műveletei a következők: -
az alkatrész előkészítése,
-
a feltöltendő felület előmunkálása,
-
az ötvözetpor felszórása,
-
a felvitt réteg beolvasztása,
-
készre munkálás szükség szerint.
a) Az alkatrész előkészítése Feltöltés előtt az alkatrészt alaposan meg kell tisztítani a szennyeződéstől, zsír-, és olajmaradványoktól. Az alkatrész mosása történhet szerves vagy lúgos oldószerrel mosókádban vagy mosóberendezésben. Egyedi felújításnál előnyösen alkalmazhatók a spray kiszerelésben forgalmazott gyorstisztító-zsírtalanító vegyszerek. Mosás után meg kell határozni a meghibásodás jellegét, a kopás mértékét, a feltöltendő réteg vastagságát, szükség szerint repedésvizsgálatot is kell végezni. - 16 -
A fémporszóró eljárás a gyártási folyamatban is alkalmazható. Új alkatrészek feltöltése esetén a szórt réteg jellemző tulajdonságait és a szórás technológiai sajátosságait már a konstrukció kialakításánál figyelembe kell venni. b) A feltöltendő felület előmunkálása Illesztett felületeket feltöltés előtt minden esetben szükséges előmunkálni Az előmunkálást a következő szempontok szerint végezzük: Legalább olyan mélységű réteget forgácsoljunk le, hogy a kopási nyomok eltűnjenek, tengelycsapon pl. ne maradjon bemaródás és ovalitás. Ugyanakkor törekedni kell arra, hogy minél vékonyabb réteg felszórásával kiküszöbölhető legyen a hiba. Egyenletes rétegvastagságot feltételezve, hogy már 0,15mm vastag réteg is biztosítja az adott fémporra előírt jellemzőket. Az elő- és készre munkálásnál előforduló pontatlanságokat is figyelembevéve célszerű úgy tervezni a feltöltést, hogy készre munkálás után legalább 0,25-0,3mm vastag réteg maradjon az alapfémen. A meleg fémporszórás nem igényli a felület durvítását (menetvágást, szemcseszórás). Az elvégzett kötésszilárdsági vizsgálatoknál a szakadás Ra=1,25µm finomságú felületnél és a menettel durvított paláston azonos erőnél következett be. A felületen lévő reve- és rozsdafoltok erősen rontják a kötési szilárdságot, ezért a felület tisztaságára fokozottan ügyelni kell, szükség szerint akár csiszolással vagy szemcseszórással biztosítva a fémtiszta felületet. Cementált alkatrész felületének előkészítésénél le kell munkálni a kéreg szénben dús felületi rétegét, amely a rétegvastagságnak mintegy 60-70%-a. Ellenkező esetben a feltöltés alatt a szenített kéreg feldurvul és rideggé válik. c) Az ötvözetpor felszórása melegeljárással A forgácsolással előkészített és nagyobb szennyeződéstől mentes felület a szórás megkezdése előtt 400-600°C-ra kell melegíteni. A hőfokot hőre színeződő jelzőkrétával ellenőrizhetjük. A fémport a pisztoly lángjával előmelegített felületre a láng egyenletes, váltakozó irányú mozgatásával visszük fel. A kívánt rétegvastagság elérése után a poradagolást meg kell szüntetni és a réteget lánggal homogén, tömör felületté kell összeolvasztani. A munka befejezésével a pisztoly lángját el kell oltani, az injektoros készülékek tartályában visszamaradt fémport a portartályból ki kell üríteni. A palackok elzárása után a pisztolyfogantyún lévő gázszelepet ki kell nyitni, és a nyomáscsökkentők szabályzócsavarjait meg kell lazítani. A felszórt réteg vastagságát a szórást megelőző és azt követő méréssel ellenőrizzük. A szórt réteg vastagsága a beolvasztás előtt 30%-kal legyen nagyobb a forgácsolási ráhagyással együtt szükséges méreteknél. Ez azért szükséges, mivel a porózus réteg a beolvasztás során zsugorodik. A - 17 -
forgácsolási ráhagyás megállapításánál az átlagosan elérhető felület egyenletességéből kell kiindulni. A hullámosság mértéke 1mm rétegvastagságig, álló munkadarabon végzett kézi szóróhegesztésnél 0,2-0,3mm, forgató berendezésen csapfelület esetén 0,1-0,2mm. Forgástestek műveleti (szórás és beolvasztás) azonos fordulatszámon, gépi forgatással hajhatók végre. A legkedvezőbb kerületi sebesség 20-30m/min. Lényeges, hogy már az előmelegítés is forgatással történjen, így az esetleges vetemedés elkerülhető. d) A felszórt réteg beolvasztása Sík és alakos felületek feltöltésekor – vagyis ha a szórást nem forgatópadon végezzük – a beolvasztás nem jelent külön műveltet, minthogy a szórás-beolvasztás folyamatosan történik a teljes felület feltöltésig. Ilyen módon végezzük pl. a szeleptányér, kapcsolóvilla stb. feltöltését. Forgástestek esetében a szórási művelethez hasonlóan, a beolvasztást is forgatópadon végezzük, itt ugyanaz a cél, mint a szórási műveletnél, az anyag egyenletes felmelegedése és ezzel káros elhúzódások kiküszöbölése. A szórópisztoly lángjával addig kell melegíteni a darabot, amíg a felvitt por megolvad és egységes tömör réteggé alakul át. E folyamat 950-1000°C-on játszódik le, tehát a kovácsolási hőfoktartományon belül. Beolvasztás után a darabot levegőn hűlni hagyjuk, majd ellenőrizzük a méretet. Egy menetben kb. 0,2mm-es réteget lehet felvinni a felületre. Ha vastagabb rétegre van szükség, többször is meg lehet ismételni a szórásbeolvasztás műveletsort oly módon, hogy a már beolvasztott rétegre további réteget szórunk és olvasztunk rá. e) Meleg fémporszórással feltöltött réteg készre munkálása A feltöltött réteg vastagsága jól szabályozható, a felület viszonylag egyenletes, így a készre munkálás csak néhány tized mm leforgácsolását jelenti. A forgácsoló megmunkálás technológiáját a felrakott ötvözet típusa és a megkívánt tűrésérték határozza meg. Általában az IT6-IT7 pontossági fokozat elegendő, ezt az értéket pedig megfelelően választott és kialakított szerszán esetén esztergályozással is el lehet érni. Az 55-60HRC keménységű bevonatok csak szuperkemény esztergakéssel (KOMPOZIT) vagy köszörüléssel munkálhatók meg. A köszörűkorongot a hidegszórásnál ismertetett szempontok szerint kell kiválasztani. 1.4.2. Meleg fémporszórással feltöltött rétegek jellemzői A megfelelő minőségben feltöltött réteg tulajdonságait az alkalmazott portípus határozza meg. Az ötvözetport mint hozaganyagot igen nagy választékban állítják elő, így minden jellegű - 18 -
igénybevételhez kiválasztható a legalkalmasabb fémpor. A feltöltött réteg tulajdonságai a következőkben foglalhatók össze: -
A réteg diffúziós kötéssel tapad az alapanyagra, így a kötési szilárdság egyenértékűnek tekinthető a hegesztett varratéval.
-
A réteg keménysége a portól függően 18-65HRC lehet mindennemű hőkezelés nélkül. Így lehetőség van az edzett, cementált felület helyreállítására, ill. egyenértékű helyettesítésére.
-
Az előbbi tulajdonságokból következik, hogy a feltöltött réteg igen jól ellenáll a dinamikus, koptató igénybevételnek, valamint a koncentrált felületi nyomásnak, így a technológia lehetőséget
nyújt
a
vezérlőbütyök,
forgattyúcsap,
tűgörgős
csapágyhelyek,
stb.
helyreállítására. -
A fémporok magas részarányban tartalmaznak nemes ötvözőket, ennek következtében a felvitt réteg korrózióálló, nincs szükség felületvédelemre korrózióaktív közegben sem.
-
Külön prototípusok vannak a nagy hőigénybevételű helyek feltöltésére, pl. szeleptányér, turbófeltöltő tengelye stb. felújításához.
A meleg fémporszórás korlátai: -
Nagyméretű és tömegű forgástesteken problémát jelent a réteg beolvasztása az intenzív hőelvezetés miatt. Ezért csak max. 35-40mm átmérőjű tengelyek újíthatók fel gazdaságosan.
-
Beolvasztáskor
a
nagy
hőhatás
következtében
szövetszerkezeti
változás
ill.
szilárdságcsökkenés állhat elő az alapanyagban. Felújításkor tehát figyelembe kell venni az alkatrész igénybevételét, funkcióját, továbbá a biztonságtechnikai követelményeket is. A megfelelő portípus kiválasztásához a 4. táblázat nyújt segítséget, a megmunkálási adatokat az 5. táblázat tartalmazza.
- 19 -
Ötvözetporok meleg fémporszóráshoz Ssz. 1. 2. 3.
Portípus INTERWELD N40-1 BRONZO-CHROM 10185 (Castolin) EUTALLOY RW 12494 (Castolin)
Keménység
34-42 35-40
HABOND HA-4 (UTP)
5.
INTERWELD N50-1
52
6.
INTERWELD N60-1
60
8.
EUTALLOY RW 12496 (Castolin) BOROTEC 10009 (Castolin)
A felvitt réteg jellemzői
34-42
4.
7.
4. táblázat
Ütés- és korrózióálló bevonat. Esztergán jól megmunkálható.
Dinamikus igénybevételű tengelycsapok, kis átmérőjű (max. Ø35mm) hidraulikus és pneumatikus dugattyúrudak és vezérlőtolattyúk, szeleptányérok stb. feltöltése.
Kemény, szívós réteg, igen jó korróziós és kopásellenállással. Köszörűléssel vagy KOMPOZIT esztergakéssel munkálható meg.
Szivattyútengely, vezérlőbütykök, kapcsolóvilla, tűgörgő alatti palást feltöltése, általában kéregedzést igénylő felületek helyreállítása.
Magas wolframkarbid-tartalom, kemény kopásálló réteg. Jelentős az abrazív koptatással és növényi savakkal szembeni ellenállás. Csak köszörüléssel munkálható meg.
Talajművelő szerszámok, zúzóaprító kések éleinek és egyéb gyorsan kopó felületeinek feltöltése 0,5-2mm rétegvastagságban.
35-40
55-62 55-62
9.
HABOND HA-7 (UTP)
10.
INTERWELD W58-1
11.
TUNGTEC 10112 (Castolin)
57-62
12.
HABOND HA-8 (UTP)
60-65
Felhasználási terület
55-60 65
Meleg fémporszórással feltöltött rétegek megmunkálási adatai esztergáláshoz Ssz.
1. 2. 3.
Portípus
BRONZO-CHROM 10185 (Castolin) EUTALLOY RW 12494 (Castolin) HABOND HA-4 (UTP)
5.
INTERWELD N50-1
6.
INTERWELD N60-1
8.
A vágóél homlokszöge
Forgácsolási adatok
N S
⎡ m ⎤ v⎢ ⎥ ⎣ min ⎦
⎡ mm ⎤ e⎢ ⎥ ⎣ ford ⎦
f [mm]
Hűtés
N
32
0,2
1,0-1,5
+
S
40
0,08
0,05
+
N
18
0,1-0,2
1,0
+
S
20
0,08
0,05
+
INTERWELD N40-1
4.
7.
Megmunkáláshoz javasolt keményfém MSZ (ISO)
5. táblázat
EUTALLOY RW 12496 (Castolin) BOROTEC 10009 (Castolin)
9.
HABOND HA-8 (UTP)
10.
INTERWELD W58-1
11.
TUNGTEC 10112 (Castolin)
12.
HABOND HA-8 (UTP)
DR 10 (K10)
DR 10 (K10)
-5°
-5°
Megmunkálás köszörüléssel
- 20 -
1.5. A hideg és meleg fémporszóráshoz használatos berendezések kialakítása és jellemzői A lángporszóró készülékek energiaforrása megegyezik a hagyományos gázhegesztéshez használt acetilén-oxigén gázteleppel. A szórópisztoly viszont egy különlegesen kiképzett gázégő, melyet – a szokásos szerelvényeken felül – a por adagolására szolgáló tartállyal, illetve szelepekkel is elláttak. A készülék alaprendeltetése, hogy a por alakú ötvözetet az égő gázláng magjába juttassa. Aszerint, hogy a hozaganyag milyen módon jut a portartályból a gázlángba, a készülékek két csoportját különböztetjük meg: -
közvetett (külső) adagolású készülék,
-
injektoros egylyukú lángporszóró készülék.
A lángporszóráshoz – tehát a hideg fémporszóráshoz – a külső adagolású szórópisztolyokat használhatjuk, míg a meleg fémporszórás az injektoros (belső adagolású) készülékkel valósítható meg (6. ábra).
6. ábra Lángporszóró pisztoly kialakítások A ROTOTEC-80-as fémporszóró pisztoly (CASTOLIN gyártmány) egyesíti magában a külső és belső adagolású készülékek előnyeit. A 7. ábrán jól látható, hogy az oxigén a készüléktestben kétfelé ágazik: 1. a felső vezetékben áramló oxigén szállítja a fémport a középső csatornán át a lángcsóvában, 2. a közrefogó béléscsövön keresztül pedig az éghető gázkeverék áramlik. Ez a készülék alkalmas hideg és meleg fémporszórásra egyaránt. - 21 -
7. ábra ROTOTEC-80 fémporszóró pisztoly felépítési vázlata
Az EURO-JET XS-8 (Interweld gyártmány) univerzális fémporszóró pisztoly hideg és meleg fémporszórásra egyaránt alkalmazható. A
kettős
funkciót
külső
poradagoló
leszerelésével illetve égőszárcserével lehet megvalósítani.
Egyedi
és
kis
sorozatú
8. ábra EURO-JET XS-8 típusú pisztoly
felújításoknál is gazdaságosan alkalmazható. Az UTP cég fémporainak szórására alkalmas készülékek
1. Az EXOBOND porokat a láng gázaiba juttatjuk és a részecskék a (lehetőleg) forgó felületnek ütköznek a munkadarabon. Az alapanyag hőmérséklete a bevonatoló folyamat során 350°C alatt marad. A tengelyeket és más hengeres testeket az EXOBOND eljárással a legkisebb
hőbevitellel,
a
darab
elvetemedése
vagy
az
alapfémben
fellépő
struktúraváltozások nélkül lehet bevonatolni. 2. Az UNlBOND porokat ugyancsak a láng gázaiba juttatjuk és a részecskék a bevonandó darabnak (lehetőleg) forgó felületébe ütköznek. Egy ezt követő munkamenetben a felrakást 1000°C körüli hőmérsékleteknél beolvasztjuk. Az UNIBOND eljárással homogén bevonatot és az alapfémmel való igen jó tapadást érhetünk el. Az egyenletes hőbevitellel elkerülhető a munkadarab elvetemedése.
- 22 -
9. ábra EXOBOND hideg eljárás (fehér csatlakozó) UNIBOND meleg eljárás (zöld csatlakozó) 3. A HA-BOND porokat egylépcsős eljárásban pisztoly lángjával a bevonandó felületre szórjuk és egyidejűleg beolvasztjuk. A HA-BOND eljárást mindenekelőtt vékonyabb rétegek, élek felrakására és kényszerhelyzetben történő felrakásra használhatjuk. A HABOND pisztoly alkalmazásánál egy pótlólagos lángvisszacsapás-biztosító beépítését ajánljuk. Minden más készülék a kettős injektor védett elrendezésével teljesen visszacsapásbiztos.
10. ábra HA-BOND meleg eljárás
- 23 -
2. GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA ELEKTROKÉMIAI ELJÁRÁSSAL Az elektrokémiai (galvanotechnikai) eljárásokat kisebb kopás esetén fémfeltöltésre vagy felületkezelésként korrózió elleni védelemre alkalmazzuk. Ide soroljuk a galvanikus vasazást és a kemény, szivacsos krómozást. Ezek előnyei a következők: -
nem okoznak a munkadarabban szövetszerkezeti változást,
-
nem ébresztenek nagyobb feszültségeket, így nem csökkentik kifáradási határt,
-
a bevonat vastagsága jól szabályozható, ezért az utólagos megmunkálás egyszerű.
Az eljárások hátránya, hogy speciális műhelyberendezést és kommunális létesítményeket igényelnek, nagy a vegyszerköltségük és a különleges szakképzettséget is megkívánják. A javítóiparban ezért gazdaságosan a nagy értékű alkatrészek sorozat-felújításakor alkalmazhatók. A technológiák részletezése előtt összefoglaljuk a galvanotechnikai alapfogalmakat.
2.1. Elektrokémiai alapfogalmak Ha az elektroliton külső feszültségforrás egyenáramát vezetjük át, akkor az elektrolit pozitív ionjai a negatív pólushoz, a katódhoz, a negatív töltésű ionok a pozitív pólushoz, az anódhoz vándorolnak (11. ábra) Ennek alapján a pozitív töltésű ion a kation, a negatív töltésű ion az anion. A külső feszültségforrás hatására a katódon elektronfelesleg létesül, közömbösül a kationok pozitív töltése, és létrejön a semleges elem vagy molekulacsoport. Az anódon ugyanekkor elektronhiány jön létre, és az anionok elvesztik fölösleges negatív töltésüket. Így keletkezik a töltés nélküli nemfémes elem vagy savmaradék. A leválasztott anyag tömege és a felhasznált árammennyiség közötti függvénykapcsolatot Faraday ismerte fel először. Faraday első törvénye kimondja, hogy valamely elektrolitból a villamos áram hatására leválasztott anyag tömege egyenesen arányos az átmenő áram erősségével és a leválasztás időtartamával. Képlet formájában:
m = a leválasztott tömeg, I = az áramerősség, m = k ⋅I⋅t = k ⋅Q
t = a leválasztás időtartama, Q = árammennyiség, k = anyagjellemző.
A k anyagjellemző értékére Faraday második törvénye ad felvilágosítást. Ez kimondja, hogy a különböző elektrolitból azonos árammennyiség egyenértékű anyagtömeget választ le. - 24 -
11. ábra Ionok vándorlása egyenfeszültségű villamos térben 1. voltmérő, 2. ampermérő, 3. szabályozó-ellenállás, 4. elektrolit
2.2. Galvanikus fémleválasztás jellemzői A galvanikus fémleválasztás a fémsók vizes oldatainak elektrolízisével valósítható meg. Elektrolitként olyan fémionokat tartalmazó sóoldatokat használunk, amilyen fémmel be akarjuk vonni az alkatrészt. A katód a bevonandó alkatrész, anódként pedig olyan fémet alkalmazunk, mint a bevonat, vagy olyan, mely galvanizálás alatt nem oldódik. Az első esetben a kivált fémionokat az anód oldódása pótolja (pl. galvanikus vasazásnál), a második esetben az elektrolit pufferolásával és regenerálásával állítható helyre a szükséges fémion koncentráció és pH-érték (pl. krómozásnál). Az elektródokon a következő folyamatok mehetnek végbe: -
a katódon: a fémkiválás és hidrogénfejlődés,
-
az anódon: az anionok semlegesítése (következménye gázkiválás, üledékképződés és szekunder kémiai reakciók), oxigénfejlődés és az anódfém oldódása.
Ezek a folyamatok együttesen is végbemehetnek. A galvanizálás folyamata tehát a következő. Az elektrolit fémionjai az átfolyó áram hatására semleges atomok formájában kiválnak a katódon. A bevonat kristályosodási folyamat eredménye, amely kristálycsírák képződésével kezdődik, utána ezek tovább növekednek. Ha sok kristálycsíra képződik és lassú a növekedés sebessége, finomszemcsés, fényes, kemény bevonat keletkezik. A jó minőségű galvánbevonatok fő jellemzői: -
az alapfémhez jól tapadnak,
-
egyenletes a rétegvastagságuk,
-
tömör, pólusmentes a bevonat,
-
megfelelő mechanikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. - 25 -
Galvánbevonatok tulajdonságait és a galvánfürdők hatásfokát a következő tényezők határozzák meg: -
a galvános polarizációs és a polarizációs feszültségek,
-
az elektrolit vezetőképessége és összetétele,
-
a fürdő hőmérséklete,
-
a fürdő pH-értéke,
-
az áramsűrűség és
-
az alapfém anyaga és felületének állapota.
A galvános polarizáció olyan elektromotoros erőhatást jelent, amelynek iránya ellentétes a külső feszültség irányával. Ha a koncentráció kiegyenlítődést a diffúzió gátolja akkor diffúziós polarizációról beszélünk. Kémiai polarizációt, olyan átalakulások idéznek elő, amelyek a fázishatáron játszódnak le és ellentétes villamos erőteret hoznak létre (pl. koncentrációkülönbség létrehozásával). Amikor a polarizáció valamelyik változata fellép a külső áramforrás lekapcsolása után az elektródok között mérhető az áramforrás feszültségével ellentétes irányú feszültség, amelyet polarizáció-feszültségnek nevezünk. Ezt közömbösítő külső feszültség a polarizáló-feszültség. Ha a fém leválási potenciálja ugyanakkora vagy nagyobb, mint a hidrogéné, akkor az elektrolízis során hidrogén is leválik. A hidrogénfejlődés rontja az áramkihasználást. Az alapfémbe és a galvánbevonatba diffundált hidrogén rossz kötésszilárdságot, illetve rideg, törékeny pórusos fémréteget okoz. A hidrogén káros hatását keveréssel, oxidálószerek vagy nedvesítő anyagok adagolásával lehet csökkenteni. A vezetőképesség a fémleválás sebességét befolyásolja. Kis értéknél nagyon lassú, nagy értéknél gyors a fémleválás. Igen gyors fémleválás laza szerkezetű szivacsos bevonatot ad. A vezetőképesség a vezetősók koncentrációjával és az elektrolit hőmérsékletével befolyásolható. A galvánfürdők alkotói általában hat csoportba sorolhatók: -
a fémsók, amelyeknek kationjai az alkatrész felületén kiválnak,
-
a vezetősók, illetve vezető elektrolitok, amelyek csökkentik a fürdő ellenállását és ezzel kisebb feszültség mellett nagy áramerősség alkalmazását teszik lehetővé,
-
az anódos polarizáció szabályozói, ezek javítják a fürdő szűrőképességét,
-
a katódos polarizáció szabályozói, amelyeket fényesítő adalékoknak is neveznek,
-
a pH-érték szabályozói, ezeket puffereknek nevezzük,
-
a detergensek, más szóval felületaktív anyagok, amelyek csökkentik a felületi feszültséget, hatásukra csökken a fémbevonatok porozitása.
- 26 -
Különösen fontos a megfelelő fémion-koncentráció, amely hatást gyakorol a galvánfém kristályszerkezetére. A fürdőn belüli koncentráció-különbségeket állandó keveréssel az anódok és katódok mozgatásával lehet megelőzni. A fürdő hőmérséklete több tényezőt befolyásol. A hőmérséklet növelésével nő az ionok mozgékonysága, s így nő a vezetőképesség is. A hőmérséklet növelésével az ionok leválási potenciája is megváltozik, a diffúzió sebessége nagyobb lesz, az ionpótlás a katód körül meggyorsul, amely intenzívebb fémkiválást, nagyobb krisztallitok kialakulását eredményezi. A nagyobb hőmérséklet csökkenti a hidrogénkiválást és az alapfém hidrogénelnyelését is. A fürdő pH-értéke befolyásolja a vezetőképességet, a hidrogénleválást és az áramkihasználást. A pH-érték állandó értéken tartása pufferanyagok adagolásával érhető el. Az áramsűrűség és az áramszóró képesség azért fontos, mert galvanizáláskor a külső áramforrás hatására a galvanizáló kádban villamos térerő alakul ki. Az ionvándorlás útját a villamos erőtér, az erővonalak sűrűségét az elektródok egységnyi felületére eső áramerősség (A/cm2), az áramsűrűség határozza meg. Az erővonalak eloszlását az elektródák felületén a galvanotechnikában áramszóró képességnek vagy a fürdő szóróképességének nevezzük.
12. ábra A fémréteg vastagságának függése az anód és a munkadarab alakjától Az áramsűrűség inkább a fémleválás sebességét, a szóróképesség pedig a bevonat vastagságának egyenletességét befolyásolja. A szóróképességet nemcsak a galvánfürdő összetétele szabja meg. Nagymértékben függ a munkadarab és az anódok geometriai alakjától, az anódok távolságától és elhelyezési módjától, függ továbbá az elektrolit fajlagos vezetőképességétől, a pH-értékétől, az elektródok polarizációs feszültségétől is. A 13. ábra az elektródok elhelyezési módjának és a munkadarab alakjának hatását szemlélteti a kiváló fémréteg egyenletességére. Mint látható, a szóróképesség az anód és katód elhelyezési módjától is függ. Az egyenletes rétegvastagság az utánmunkálás csökkentése érdekében fontos.
- 27 -
13. ábra Az elektródák elhelyezésének és távolságának hatása az áramszórásra 1. villamos térerő, 2. katód fémbevonás után, 3. a katódon kivált fémréteg A helyes áramsűrűséget és szóróképességet a sok befolyásoló tényező miatt a gyakorlatban kísérleti úton határozzák meg. A szóróképesség javítható az anódok alakjának és elhelyezésének helyes kialakításával, valamint az alkatrész felületén tagoltságától függő segédanódok és védőkatódok alkalmazásával. A galvánfém adhéziósan köt az alapfémhez. A kialakuló kötésszilárdság nagymértékben függ attól, hogy milyen a galvánfém és az alapfém normál potenciálja. Kedvezőtlen esetben olyan jól kötő alapozó fémbevonatot kell készíteni, amelyhez a galvánfém is jól tapad. A kötésszilárdság függ a bevonandó fémfelület tisztaságától, a felületi érdességtől és a felület kristály szerkezetétől. A kivált fémionok sok esetben a felület kristályszerkezetét építik tovább. Ha az alapfém felülete durván szemcsézett, még a vastagabb galvánrétegek is szemcsézetté válhatnak. Ezért igen fontos az alkatrész felületének megfelelő előkészítése.
2.3. Galvanikus vasazás A galvanikus vasazást főleg acélból és szürkeöntvényből készített gépalkatrészek kopott felületeinek feltöltésére alkalmazzuk. Utókezelés nélkül szilárd illesztésű felületek, hőkezeléssel és ötvözéssel kopásnak kitett felületek felújítására is használható. Az elektrolit fémsója a vas(II)-klorid (FeCl2), amelynek vizes oldata disszociáció útján szolgáltatja a szükséges Fe+2 két vegyértékű fémionokat a vasleválasztáshoz. A vezetősó nátrium-klorid (NaCl). A szükséges pH-értéket sósavval állítják be. Anódként kis széntartalmú ötvözetlen acél használható. Az anód galvanizálás közben oldódik, így a vasionkoncentráció állandó értéken tartható. A galvanikus fémréteg a felületre merőlegesen elhelyezkedő, hosszúkás dendrites ferritkristályokból áll. Kémiai összetétel szerint nagy tisztaságú vas, amelybe az anódiszapból minimális mennyiségű szén (0,03-0,06%) rakódik le. A galvánfémbe hidrogén is - 28 -
beépül, a fürdő hőmérsékletétől és pH-értékétől függő mértékben (0,5-0,005%). Ezért a vasbevonat kristályrácsa torzult. Ez az oka, hogy a keménysége a szakítószilárdsága nagyobb, a nyúlása kisebb a kohászati színfémnél. A galvanikus vasazáshoz ajánlott fürdőösszetétel: Vas(II)-klorid Nátrium klorid Sósav Nikkel-klorid pH-érték
FeCl2 NaCl HCl NiCl2
350g/l 300g/l 2g/l 20g/l 2,2-2,5
Hőmérséklet Áramsűrűség Kádfeszültség Fémkiválás intenzitása
95-98°C 10-15A/dm2 2-4V 0,1-0,3mm/h
Az elektrolit összetételét megadott értéken kell ±10% pontossággal tartani. A vaskoncentráció stabilitásáért kívánatos, hogy az anód felülete kétszerese legyen a katód felületének. A vasionkoncentráció csökkenhet a kihordási veszteséggel is. Ezért az összetételt műszakonként ellenőrizni kell és koncentrált oldat utántöltésével kell a fürdőt frissíteni. A vezetősó számottevő csökkenésétől nem kell tartani, mert a fürdő 100°C-on is túltelített. A fürdő üzemi hőmérsékleten erősen párolog. A vízveszteség csökkentésére az elektrolit felületét olvadt paraffin réteggel lehet lezárni. Az anód oldódásakor anódiszap keletkezik. Ezért célszerű az anódokat molinó vászonból készült zsákokban elhelyezni és műszakonként letisztítani. Az elektrolitot szükség szerinti időközönként meg kell szűrni. A szűrés lehűtött (20°C) állapotban végezhető. Szűrés után 50-100g NaCl vezetősót adagoljunk literenként. Az elektrolit pH-értékét célszerű állandóan ellenőrizni. A szükséges 2,2-2,5 értékét HCl adagolásával lehet beállítani. A galvanikus vasazást a következő műveleti sorrend szerint kell elvégezni: 1. az alkatrész előkészítése forgácsolással, 2. az alkatrész függesztő készülékre szerelése, 3. a nem bevonandó felületek burkolása, 4. a munkadarab zsírtalanítása, 5. az anódok és védő katódok elhelyezése a fürdőben, 6. az alkatrész fürdőbe helyezése, 7. a galvanikus vasazás, 8. öblítés és közömbösítés, 9. a bevonat-ellenőrzése, 10. a függesztő készülék és a burkolások eltávolítása, 11. az alkatrész korrózió elleni védelme, 12. a bevonat esetleges hőkezelése, 13. a bevonat megmunkálása. - 29 -
A kopott felület előkészítését esztergálással vagy köszörüléssel végezzük oly módon, hogy az átlagos felületi érdesség az Ra = 0,4 − 1,6µm közé essen. Az éleket és sarkokat törjük le. Éles sarkokon a csúcshatás miatt rideg, csomós bevonat képződik. Az ilyen bevonat megmunkáláskor repedezik, lepattog.
A
bevonandó
felületet
oly
mértékben
kell
leforgácsolni, hogy a bevonás és készremunkálás után legalább 0,25-0,3mm vastag galvánréteg maradjon. Ennél vékonyabb rétegek nem elég szilárdak. A függesztőkészülék látja el az alkatrész rögzítését és a katódsíntől az áramvezetést. A függesztő készülék kialakítása az alkatrész
méretétől,
alakjától,
a
bevonandó
felület
elhelyezkedésétől függ. 14. ábra Tengelytípusú alkatrész függesztőkészüléken
A készülék egyes szerkezeti elemeit úgy képezzük ki, hogy egyúttal árnyékolják az éles sarkokat. A 14. ábra egy galvanizálókészüléket mutat.
A bevonni nem kívánt felületeket árnyékolni kell. Erre a célra megfelel minden olyan anyag, amely villamos szempontból szigetel és a 60-100°C hőmérsékletű savas elektrolitnak ellenáll. A finoman megmunkált felületeket különös gonddal le kell szigetelni, nehogy foltozódás, bemaródás keletkezzen rajtuk. Szigetelésre hőálló lakkot kell alkalmazni, kényes felületeken a lakk fölé még műanyag szalagot is csavarnak. A megmunkálatlan felületeket elegendő műanyag fóliába burkolni. A fárasztó igénybevételnek kitett alkatrészeken a törés szempontjából veszélyes keresztmetszetet mindig árnyékolni kell. Krómozott felületeket, színesfém perselyeket, különös gonddal kell szigetelni, mert ezeket az elektrolit oldja és a galvánfürdőt is tönkreteszi. A bevonandó felületeket aktivációs zsírtalanítással kell tisztítani majd utána hideg vizes öblítést, pár másodperces savas pácolást, majd ismét hideg vizes öblítést kell alkalmazni. A megfelelő felületen a hideg víz egyenletesen szétterül. A vasfürdő kiváló szóróképességű, ezért az anódok elhelyezése, alakja és mérete széles határok között variálható. Arra vigyázni kell, hogy a bevonandó felület az anódhoz képest ne legyen árnyékolva. Az alkatrész elhelyezésekor ügyelni kell arra is, hogy a keletkező hidrogéngáz könnyen eltávozhasson a felületről. Ellenkező esetben nagy lesz a hidrogéndiffúzió. Az anód és a katód helyes és helytelen elhelyezését mutatja a 15. ábra.
- 30 -
15. ábra Az anód és a katód helytelen és helyes elhelyezése A galvanizálás elején 5A/dm2 áramsűrűséget kell beállítani. Az áram megszakítása nélkül 15-20 perc múlva növelni kell az áram sűrűségét 10-15A/dm2 értékre. A bevonat rétegvastagságának növekedése 0,1-0,15mm óránként. Ha az alkatrészen csúcshatások nem lépnek fel, akkor 1525A/dm2 áramsűrűség is alkalmazható. Ilyenkor a rétegkiválás sebessége eléri a 0,2-0,3mm/h értéket is. A bevonat vastagsága folyamatosan növelhető a kívánt mértékig. A gyakorlatban 2-3mmnél vastagabb és 0,3-0,5mm-nél vékonyabb réteget nem alkalmaznak. Ha a csúcshatások miatt az éleken kigyöngyösödés lép fel, vastagabb réteget 0,4-0,5mm-es réteget készítsünk. Az egyes rétegek felvitele között a csomós lerakódásokat le kell munkálni. A szükséges rétegvastagság megállapításakor
0,2-0,3mm-es
megmunkálási
ráhagyást
is
figyelembe
kell
venni.
A
galvánfürdőből kiemelt alkatrészeket 80-90°C hőmérsékletű vízben öblítsük le. A leöblített alkatrészt lúgos oldatban közömbösítsük. Az oldat összetétele: 800g víz és 200g nátrium-hidroxid (NaOH). A közömbösítés után ismét öblíteni kell folyóvízben. Ezután a bevonatot szemrevétellel ellenőrizzük. Sima, ezüstszürke, folt- és porózusmentes felület esetén elfogadható a galvánréteg. Mérőműszerrel ellenőrizni kell a rétegvastagságot is. Az alkatrészt megszárítjuk, majd a függesztő készüléket leszereljük, a műanyag burkolásokat lefejtjük, a szigetelőlakk réteget oldószerével lemossuk. A galvanikus vasbevonat nem korrózióálló. Védelem nélkül felületén néhány nap alatt, nedves környezetben már öt-hat óra múlva rozsda képződik. Ezért a szárítás után átmeneti védelem céljából passziválják a következő összetételű fürdőben: 25g nátrium-nitrát (NaNO2), 50g nátriumkarbonát (NaCO3), és 925g víz. Kezelési idő két óra, a felület ezüstösen csillogó lesz és hosszú ideig ellenáll a légköri korróziónak. A bevonatot nem kell hőkezelni az előírt technológia betartása estén. Kisebb hőmérsékletű vagy pH-értékű elektrolitban készült bevonatokat az elnyelt hidrogén rideggé teszi. A hidrogént hőkezeléssel 200-250°C-os, két-három órás hőntartással kiűzhetjük a felületből. A galvanikus vasbevonat kopásállósága felületötvözéssel (pl. szulfidálással vagy sófürdős nitrálással) számottevően növelhető. Betétedzéssel az adhéziós kötés kohéziós kötéssé alakítható. A felületötvözés költséges eljárás. A galvanikus vasbevonat mechanikai tulajdonságait technológiai paraméterek közül a fürdőhőmérséklet és a pH-érték befolyásolja leginkább. A - 31 -
megadott technológiával a szakítószilárdság Rm = 350 − 450 MPa , a fajlagos nyúlás 5-10%, a keménység 187HB értékű. A galvanikus vasréteg esztergálható, marható, gyalulható, köszörülhető stb. Esztergáláshoz keményfémlapkás késsel 20-25m/s forgácsolási sebesség alkalmazható. Köszörüléshez puha alapú, közepes szemnagyságú követ alkalmazzunk 15-25m/s forgácsoló sebességgel. A galvanikus vasazásnál gyakrabban előforduló üzemzavarokat és azok okait a 6. táblázatban foglaljuk össze. A galvanikus vasazásnál előforduló üzemzavarok okai Ssz. A hiba megnevezése 1. a bevonat egészében leválik 2. a bevonat több rétegben leválik
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
a bevonat elszíneződik, lyukacsos, szálkás és leválik mély pórusosság, hidrogénbuborékok sötétszürke, érdes felület rideg bevonat, esetleg hajszálrepedések szivacsos lerakódások csomós ágas-bogas lerakódások sötét, rideg csíkok a bevonat felületén a bevonat vastagsága nem minden ponton egyenletes a bevonat lerakódási sebessége kicsi
6. táblázat
Okok rossz a felület előkészítése a) hőmérséklet-ingadozás az elektrolitban bevonás közben (pl. hidegvíz-utánpótlás) b) szaggatott áramszolgáltatás az elektrolit rézzel, krómmal vagy más nemesebb fémmel szennyezett a) túl savas elektrolit b) az alkatrész helytelen felfüggesztése anódiszappal szennyezett az elektrolit kicsi a fürdő hőmérséklete
három vegyértékű vas jelenléte túl magas az áramsűrűség csúcshatása olajos, zsíros szennyeződés az elektrolitban a) b) a) b)
az anódok felfüggesztése nem megfelelő a függesztőkészülék kialakítása nem megfelelő alacsony az áramsűrűség áramveszteség a kád falán keresztül
2.4. Galvanikus krómozás Alkatrész-felújításhoz a kemény és a szivacsos krómozás alkalmazható. A keménykróm bevonat a súrlódó igénybevételt jól bírja, kopásálló és korrózióálló. A bevonat minőségét az elektrolit összetétel, hőmérséklete, az alkalmazott áramsűrűség határozza meg. A 16/a. ábra a hőmérséklet és az, áramsűrűség függvényében a kiváló krómréteg minőségét, a 16/b. ábra a hőmérséklet függvényében a rétegleválasztás sebességét szemléletei különböző áramsűrűségek esetében. Az opálos fényű bevonat keménysége HV30 = 500-700 da N/mm2, a fényes bevonaté HV30 = 700-1000 da N/mm2.
- 32 -
16. ábra A krómfürdő hőmérsékletének és áramsűrűségének hatása a kivált krómréteg minőségére, a hőmérséklet (a) és a leválasztási sebesség összefüggése (b) A galvanikus krómfürdő alapanyaga króm-oxid (CrO3) vizes oldata. A krómionok nem közvetlen disszociáció útján keletkeznek, hanem kémiai redukciós folyamat során. A javítóüzemben jól alkalmazható kénsavas krómfürdő összetétele: Krómoxid CrO3 Kénsav H2SO4
250g/l 2,5g/l
Hőmérséklet Áramsűrűség Kádfeszültség Áramkihasználtsági tényező
A fürdő hőmérséklete ne haladja meg a 60°C-ot. A krómozás műveleti sorrendje a következő: 1. mechanikai előkészítés, 2. tisztítás, 3. függesztő készülékre szerelés, 4. védőbevonatok készítése, 5. finomzsírtalanítás, 6. öblítés, 7. a munkadarab és az anód elhelyezése a fürdőben, 8. krómozás, 9. öblítés takarékoldatban, 10. öblítés és szárítás, 11. utókezelések, 12. megmunkálások, 13. minőségellenőrzés. - 33 -
50-52°C 20-45A/dm2 5-6V 0,12~0,14
A keménykróm bevonatok általában ötvözetben szénacélra, csekélyötvözésű acélokra, öntöttvasra, acélöntvényekre, alumíniumra és ötvözeteire valamint réz alkatrészekre is felvihetők. Ha edzett felületet kívánunk krómozni ajánlatos előtte a feszültségmentesítő hőkezelésnek alávetni a munkadarabot. Erősen ötvözött anyagokat, például 10-12%-nál nagyobb króm, wolfram vagy mangántartalmú acélokat nem ajánlatos keménykrómozni. Krómozás előtt a felületet simára és alakhelyesre kell munkálni. A csúcshatás elkerülésére az éles sarkokat le kell kerekíteni. Ha az alkatrészen mágneses repedésvizsgálatot végeztünk, demagnetizálás kell. Az alkatrészeket krómozás előtt zsírtalanításnak vetjük alá, ha szükséges, a bevonandó felületet oxidmentesítjük. A galvanikus vasazáshoz hasonlóan a munkarabot függesztő készülékbe szereljük. A készülék anyaga nikkelezett réz. A krómfürdők szóróképessége nem jó, ezért az anódlemezeket az alkatrész alakjához idomítjuk. Az anódokat a függesztő készüléktől elszigetelve rögzítsük. A készülékre kell erősíteni a védőkatódokat is. A függesztő készülék kialakításra mutat példát a 17. ábra. Az anódok anyaga általában 7-10% antimonnal ötvözött ólom.
17. ábra Alakos külső felület (a) és furat (b) krómozására alkalmas készülék Azokat a felületeket, melyeket nem kívánunk krómréteggel bevonni, szigetelőlakkal vagy műanyag fóliával kell befedni úgy, hogy a krómsav ne tudjon a védőbevonat alá behatolni. A krómozandó felületeket aktivációs zsírtalanítással tisztítjuk, majd folyóvízben öblítjük. A függesztő készülékre szerelt munkadarabokat úgy helyezzük el, hogy munkadarab alatt és fölött legalább 100-150mm folyadékréteg legyen. Vigyázzunk arra is, hogy a keletkező hidrogén eltávozhasson az elektrolitból. A krómozást anodikus maratással kell kezdeni. Ez abból áll, hogy az elektródokra fordított polaritással kapcsolunk feszültséget, és így járatjuk a fürdőt 0,5-1,5 percig. Az anódos érdesítés növeli a kötési szilárdságot.
- 34 -
A művelet során ion diffundál az elektrolitba. A megengedhető vasszennyeződés 5-8g/l. A vasszennyeződés meggátlására az elektrolitot szakaszos vagy folyamatos regeneráláskor kationcserélő szűrőn kell keresztülengedni. Célszerű külön kádban érdesíteni kénsavas krómfürdőben. Az anodikus maratás után néhány percig az üzemi áramsűrűségnél 20-25% nagyobb áramsűrűséget kapcsoljunk, ekkor egy molekuláris króm réteggel „beszórjuk” a felületet. Ezután az előírt áramsűrűséggel krómozunk a kívánt rétegvastagság eléréséig. A kezelési idő eltelte utána munkadarabot kb. 50°C hőmérsékletű takaréköblítőben öblítjük, így vegyszert takarítunk meg. Ezt követi a melegvizes (50-60°C) öblítés és szárítás. Krómozáskor hidrogéngáz is fejlődik, és bediffundálhat az alapfémbe és a galvánrétegbe. A hidrogén ridegséget és a kötésszilárdság csökkentését okozhatja, emiatt célszerű a krómozás után is a hidrogénűző hőkezelést alkalmazni. A hőmérséklet megválasztásakor tudni kell, hogy a krómbevonat keménysége a hőkezelés hatására csökken (18. ábra). A hőntartás idejét a rétegvastagság határozza meg. A hidrogénűző hőkezelést 0,01mm rétegvastagság esetén 150-200°C hőmérsékleten végezzük 4-5 óra hőntartással. A krómbevonat köszörüléssel, bőséges hűtő-kenő folyadékkal munkálható méretre. Forgácsolási adatok:
köszörűkorong
szemcsézete
40-60,
forgácsolósebesség
v=15-20m/s,
előtolás
a
korongszélesség 0,3 része, fogásmélység 0,010-0,015mm.
18. ábra Hőkezelés hatása a krómréteg keménységére Nagy igénybevételű alkatrészeket célszerű köszörülés után 120-130°C-on ötórás hőntartással feszültségmentesíteni. A méretek ellenőrzése mellett 5-10-szeres nagyítóval vizsgáljuk meg a krómozott felületet. A krómbevonat nem lehet hólyagos, lyukacsos, vagy repedt. Szükség szerint mérőműszerrel ellenőrizzük a keménységet és a felületi érdességet.
- 35 -
3. GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA MŰANYAGOKKAL A műanyagok felhasználása gépek javításában, alkotórészek felújításában mintegy három évtizedes múltra tekint vissza. A műanyagok egy részét bevonatkészítésre használjuk, aminek célja a kopott, berágódott felületek méretének helyreállítása, vagy a meghibásodott alkatrészek kiváltása. A műanyagok elterjedésének másik, egyre jobban bővülő területe a ragasztás- és a tömítéstechnika. Megfelelő minőségű ragasztó- és rögzítőanyagok állnak ma már rendelkezésünkre fémek, műanyagok, gumik, kerámiák, különböző fafajták önmagukhoz, illetve egymáshoz ragasztásához. A ragasztóanyaghoz és más műanyaghoz kifejlesztett adalékanyagok még inkább kibővítik az alkalmazási területet, lehetővé teszik új, a fémek tulajdonságaival gyakran megegyező, igen jó fizikai és kémiai jellemzőkkel bíró termékek kialakítását, illetve javítását.
3.1. A műanyagok és tulajdonságainak ismertetése Az olyan óriásmolekulájú szerves vegyületeket, amelyeket szintetikus úton vagy természetes nagymolekulák átalakításával állítanak elő műanyagoknak nevezzük. A makromolekulák kialakítása történhet polimerizációs, polikondenzációs és poliaddíciós úton. A polimerizációs reakció monomer molekulák egyesülése, amelyben az egyszerű, telítetlen alapvegyület molekulái melléktermék keletkezése nélkül kapcsolódnak össze. Igen gyakori, hogy szerves anyagok molekuláiban egy vagy több kettős kötés van, ezáltal hajlamosak a polimerizációra (pl. vinil származékok). A polikondenzációs reakció úgy jön létre, hogy egyszerű – azonos vagy különféle – vegyületek ismételten kombinálódnak, miközben kis molekulasúlyú termékek szabadulnak fel (víz, ammónia stb.). Azonos molekulák közötti reakció megy végbe pl. oxisavak esetében, amelyek melegítés hatására poliésztereket képeznek víz kiválásával. Különféle molekulák közötti reakció megy végbe kétbázisú savak és diamok között, amikor poliamidok keletkeznek. A poliaddíciós reakció az óriásmolekulák kialakulásának olyan fajtája, amelyben a polimer szénszén kettős kötés nélküli két komponensből úgy keletkezik, hogy melléktermék nem képződik. A kapcsolódás hidrogénvándorlásos mechanizmussal megy végbe. Poliaddíciós termékek a poliuretánok és az epoxigyanták. - 36 -
A molekulák szerkezete és az ezekkel járó termikus és mechanikus tulajdonságaik alapján megkülönböztetünk: -
hőre lágyuló és
-
hőre keményedő műanyagokat.
A hőre lágyuló műanyagok egymással nem kapcsolódó, fonal alakú makromolekulákból állnak. Hőkezelésre reverzibilis állapotváltozást szenvednek. A technikai műanyagok közül ide sorolhatók a következők a teljesség igénye nélkül: PVC, polietilének, poliamidok, polikarbonátok, akrilgyanták. Az olyan műanyagokat, melyek hő hatására először meglágyulnak, hőn tartva térhálósodnak, – a makromolekulák között többszörös, térbeli kötés képződik – hőre keményedő műanyagoknak nevezzük. A hőre keményedő műanyagok nem olvaszthatók vissza. A kereskedelemben kapható hőre keményedő műanyagok gyártási folyamatát megszakítják, amit a felhasználáskor vagy hőkezeléssel, vagy katalizátorok és keményítők hozzáadásával fejeznek be (térhálósítanak). A technikai műanyagok közül ide sorolhatók a poliészterek, epoxigyanták, fenolplasztok és poliuretánok.
3.2. A műanyagok alkalmazástechnikai szempontból meghatározó tulajdonságai A műanyag és a műanyaggal bevont gépalkatrészek többsége acéllal vagy egyéb fémekkel érintkezve működik, így tulajdonságait ezekhez célszerű viszonyítani. A következő tulajdonságok mérvadók: a) Hőtágulási együttható A műanyagok hőtágulási együtthatója többszöröse a fémekének, amely a melegen készített bevonatoknál jelentős belső feszültséget ébreszt. Ez a hőtágulási tényezők közötti különbséggel arányosan növekszik, illetve nő a ráolvasztási hőmérséklet emelésével is. A műanyagokban ébredő belső feszültség külső bevonat esetén rászorítja a műanyag réteget a fémre, ami az adhéziós kötés mellett egy zsugorkötést is létrehoz. Belső bevonat esetén a feszültségből adódó sugárirányú erők leválasztani igyekszenek a bevonatot, amit a tapadási szilárdság növelésével kell ellensúlyoznunk. Ezt elérhetjük kisebb olvadáspontú műanyagok, illetve hidegen keményedő kis zsugorodó képességű gyanták alkalmazásával.
- 37 -
b) Hőállóság, termomechanikai tulajdonság A hőmérséklet befolyása a műanyagok mechanikai tulajdonságaira igen nagy. Hőállónak nevezhető az a műanyag, amely 150°C-on mechanikai tulajdonságának 80%-át megtartja függetlenül attól, hogy hőre lágyuló vagy hőre keményedő műanyagról van szó. A gépészeti célokra alkalmazott műanyagoknál követelmény, hogy min. 90°C-os hőmérsékletet tartósan elviseljenek, illetve ezen a hőfokon legalább 10MPa-os csapnyomás felvételére alkalmasak legyenek. Ezért lényeges a műanyagok termomechanikai tulajdonságainak elemzése, amelyet a Vicat lágyuláspont, a Martens szerinti alaktartósság, illetve a termomechanikai görbék jellemeznek (7. táblázat). Műanyagok termomechanikai tulajdonságai Anyag Poliamid 6 Poliamid 11 Poliamid 12 Poliakrilátok Polikarbonátok Epoxigyanták Epoxiporok Poliészterek
Lágyulási pont (Vicat B) (°C) 180 165 150 160 159 – – –
7. táblázat
Alaktartósság (Martens) (°C) 150 120 100 140 145 150 160 180
Hőállóság tartós
rövid terhelésnél
110 90 85 125 130 120 135 140
140 120 100 145 140 140 150 150
A Vicat-lágyuláspont fölötti hőmérsékleten a műanyagok erősen kilágyulnak, a hőre lágyuló típusúak – elérve olvadási hőmérséklet tartományukat – megolvadnak, majd ennél magasabb hőmérsékleten (általában 60-150°C) beindul a hőbomlás. Hőre keményedő műanyagok esetén a hőbomlás előtti lágyulás szintén bekövetkezik (viszkoelasztikus állapot), azonban nem olvad, hanem további hőhatásra elszenesedik. c) Hővezető képesség A műanyagok hővezető képessége lényegesen kisebb, mint a fémeké. Ez esetenként előnyös, mert a meleg tapintás miatt kezelőgombok, kormánykerekek, szigetelőanyagok alakíthatók ki belőlük. Az alkatrészfelújítási és -gyártási gyakorlatban azonban kifejezetten hátrányos, mert általában jó hővezető acél vagy bronz alkatrészek helyettesítésére és feltöltésére kívánjuk felhasználni a műanyagokat, amennyiben ez konstrukciós módosítás nélkül megoldható. A fém alkatrészek közé kerülő rossz hővezető műanyag lassítja a keletkezett hő elvezetését, ami káros helyi túlmelegedéshez vezethet. Különösen szembetűnő ez, ha a műanyagot más, szintén rossz hővezető anyaggal építették össze (pl. műanyag-műanyag, műanyag-gumi alkatrész pár). A gyors károsodás megakadályozása céljából társított, adalékolt műanyagok alkalmazása a célszerű. Ezekkel - 38 -
javíthatók az igénybevételnek megfelelően a kívánt tulajdonságok: például a fémpor vagy grafit adalék növeli a hővezető képességet, a molibdén-diszulfid pedig csökkenti a súrlódási tényezőt. d) Mechanikai tulajdonságok (keménység, tapadás, kopásállóság) A műanyagok mechanikai tulajdonságai is erősen eltérnek a fémekétől. Általánosságban elmondható, hogy kisebb a szakító-, húzó-, nyíró- és nyomásszilárdságuk. Egyes tulajdonságaik (pl. szakítószilárdság) adalékokkal, az anyagok kombinálásával javíthatók (üvegszál, szénszál, textíliák, salakszál), sőt az acél szakítószilárdságát meghaladó értékre is emelhetők, ezek azonban jelenleg főként a sport területén kerülnek alkalmazásra. A műanyagok siklási tulajdonságai kedvezőbbek a fémekénél, egyes fajták súrlódási tényezője az acélénak a tizedrészét sem éri el. Tovább javítható adalékanyagok (Mo, Si, grafit) hozzáadásával, amelyekkel egyes műanyagokat már a gyártás folyamán társítanak. Kedvező a műanyagok kopásállósága is. Vizsgálati adatok szerint poliamid 6 - acél (A50) alkatrészpárok esetében az acélon 5-15-szörös súlyveszteséget mértek. Ez részint a műanyagok jó siklási tulajdonságaival, jó rezgéscsillapító képességével, részint pedig rossz elektromos vezetőképességével magyarázható. Forgás közben ugyanis a műanyag elektrosztatikusan feltöltődik, majd a fém alkatrész felületének mikrocsúcsain kisül, ami gyors korrózióhoz és ezáltal mechanikai kopáshoz vezet. A levált részecskék a műanyagba beágyazódva tovább koptatják a fém alkatrészt, így a műanyag fokozza a vele súrlódó fémek kopását. Bevonatkészítésnél a kötés a műanyagpor és a fém között adhéziós, így lényeges az anyag tapadó képessége. Különösen nagy jelentősége van ennek belső felületek bevonásánál, illetve öntöttvas és alumínium alkatrészek esetén, ahol jól tapadó bevonat nehezebben alakítható ki. e) Vegyi anyagokkal szembeni ellenállás, nedvességfelvétel A technikai műanyagok vegyszerállósága kiváló, ezért a műanyag bevonatok alkalmazása mechanikai és vegyi igénybevételek együttes fellépése esetén új lehetőséget nyitott meg (pl. vegyszerszivattyúk). A műanyagoknál – különösen a hőre lágyulóknál – nedves környezetben való üzemeltetésnél térfogatváltozással kell számolni, ami a nedvességfelvétellel magyarázható. A nedvességfelvétel a poliamidoknál a legnagyobb, a 6-os és 66-os típusnál elérheti a 14%-ot is, ami méretezésüket rendkívüli módon megnehezítheti. Nagyobb falvastagságú műanyagok pontos illesztésének feltétele, hogy a megmunkálás előtt az üzemeltetési körülményeknek megfelelő nedvességtartalom felvételét biztosítsuk. Így pl. olajkenés esetén olajban való kifőzést, száraz levegőn való üzemeltetésnél szárítást kell alkalmaznunk. Itt
- 39 -
említhető meg, hogy a műanyagok – ellentétben a gumival – kenőanyagokra nem túl érzékenyek, ezért olyan speciális területen is alkalmazhatók, ahol más kenőanyag alkalmazása kizárt. A műanyagoknál – rossz hővezető képességükből adódóan – a kenőfilm kialakulásához szükséges kenőanyag többszörösére van szükség, így kisebb viszkozitású anyagok is megfelelnek. Kihasználva kedvező siklási tulajdonságaikat, lehetőség van akár gőzfázisú rendszerekben való üzemeltetésre is, ahol más módon a kenés megoldása nehézkes lenne (pl. forró vizes mosóberendezések).
3.3. A felújítás során alkalmazott műanyagporok adalékanyagai A bevonat mechanikus és fizikai jellemzői adalék- és társanyagokkal befolyásolhatók. Társított műanyagnak nevezzük a gyártás folyamán kevert termékeket, míg az adalékolást a felhasználásnál végezzük el. Az adalékanyagok legtöbbször a következők: -
üveg: szál, szövet, paplan és fátyol formában (szakítószilárdság és rugalmasság növelése);
-
ásványi kőzetek őrleményei (térkitöltés, zsugorodás csökkentése);
-
szénszálak, fémszálak (hőállóság, szakítószilárdság, rugalmasság növelése);
-
korom, grafit (súrlódási tényező csökkentése, önkenés létrehozása);
-
molibdén-diszulfid (MoS2) (súrlódási tényező csökkentése);
-
fémporok (hővezető képesség javítása, térkitöltés).
Ráolvasztott bevonatok készítésekor ezek közül a fémporoknak, a molibdén-diszulfidnak és a grafitnak van jelentősége. Poliamid és epoxi műanyagok tulajdonságainak megváltoztatásával például sikerült a siklócsapágyak és egyéb koptatásnak kitett alkatrészek (tömítőgyűrűk alatti helyek) élettartamát megtízszerezni.
3.4. Műanyagbevonás technológiája Az alkatrész-felújításban a műanyag bevonatok készítésével az a célunk, hogy a kopott alkatrész alak- és mérethelyességét helyreállítsuk. Üzemszerű igénybevételek esetén a gépalkatrészek kopásnak, dinamikus igénybevételnek vannak kitéve. A koptató hatás többnyire siklócsapágyakon és hasonló jellegű alkatrészeken lép fel, míg a dinamikus igénybevétel által okozott meghibásodásokkal golyós- és görgőscsapágyak illeszkedő felületein
találkozhatunk.
A
műanyagokat
jó
siklási
tulajdonságaik
alkalmassá
siklócsapágyak perselyeinek készítésére, kopott persely-tengely alkatrészpár felújítására. - 40 -
teszik
A műanyagos alkatrész-felújításnál figyelembe kell venni azt a körülmény, hogy a ráolvasztott vagy más módon felvitt műanyag réteg külső felületre jobban tapad, ezért biztonságosabban alkalmazható. Ennek alapján egy kopott persely-tengely alkatrészpár esetén a tengelyt célszerű bevonattal ellátni, a perselyt új, jó kopásállóságú anyaggal kell helyettesíteni, vagy más technológiával felújítani. Ezen jellegzetesség figyelembevételével jól alkalmazható módszer sebességváltó-tengelyek, talpas tengelyek, felújítására. Dinamikus hatások által okozott károsodásokkal, elforduló görgőcsapágyak külső vagy belső gyűrűjén illesztett felületeknél találkozhatunk. Itt a felújítás célja az eredeti geometriai alak és méret helyreállítása. A műanyag bevonat rugalmas, jó rezgéscsillapító réteget képez, ami az élettartam és a szerelhetőség növelését eredményezi (pl. gépjármű tengelycsonkok és csapágyházak). 3.4.1. A bevonatképzés jellegzetességei
Műanyag bevonatot szilárd és folyékony alapanyagból lehet előállítani. A szilárd alapanyagokat műanyag poroknak (szemcseméret max. 300µm), a folyékonyakat műanyagoknak nevezzük. Bevonat képezhető hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagokból egyaránt. A hőre lágyuló műanyagok kémiai szempontból már késztermékek, így ezek csak műanyag porok lehetnek, amelyeket a meleg tárggyal érintkezésbe hozva, előzetes vagy utólagos megolvasztással kész műanyag bevonatokat kapunk. A hőre keményedő műanyagok porok és gyanták lehetnek. A porok ráolvasztás után hőközléssel térhálósíthatók, míg a gyanták két vagy több komponens összekeverésével (polikondenzációs folyamat elindításával) keményednek meg. A műanyag réteg és a fém között adhéziós kapcsolat alakul ki. Az adhézió függ a vegyi kölcsönhatási erőktől, a műanyag nedvesítő képességétől, az ömledék viszkozitásától, a fémfelület érdességétől, tisztaságától, anyagától és szövetek szerkezeti jellemzőitől. A felújítandó alkatrész igénybevételének tisztázása után el kell döntetni, hogy milyen műanyagokkal kívánunk dolgozni és ennek függvényében elvégezni a felület előkészítését. A felület előkészítése zsírtalanításból, javítóméretre munkálásból, a felület durvításából, finom zsírtalanításból és végül a ráolvasztás előtti oxidmentesítésből áll. A jó kötés feltétele még, a helyesen megválasztott ráolvasztási hőmérséklet, a melegítés módja, hőre keményedő műanyagok esetén a megfelelő hőkezelés és valamennyinél a hűtés módja. A magas hőmérsékleten ráolvasztott műanyag a határfelületen elszíneződik, megindul a gázképződéssel járó termikus bomlás, ami buborékok, zárványok képződéséhez vezet és megváltoztatja a műanyag tulajdonságait. Beégetős, hőre keményedő műgyanták térhálós
- 41 -
szerkezetét hőkezeléssel alakítjuk ki, amit ha nem megfelelően végzünk el, tulajdonképpen a műanyag létrejöttét akadályozzuk meg. Egyes műanyagok részlegesen kristályos szerkezetűek, emiatt érzékenyek a hűtés sebességére, mert gyors hűtés esetén nem alakul ki feszültségmentes állapot (utókristályosodás). A gyors hűtés a tapadás nagymértékű romlásához is vezethet, mert a lehűlő műanyag réteg leszigeteli az alkatrészt, ami később már a mérettartó bevonat alatt zsugorodik és így méretkülönbség keletkezik. A műanyagos felújítási technológia a következő alapműveletekből áll: -
felület-előkészítés,
-
bevonatkészítés,
-
méretre munkálás.
3.4.2. Az alkatrészek előkészítése
A bevont alkatrész felülete és a műanyag réteg között adhéziós kötés alakul ki, így a felületi tisztaságnak, a felületi érdességnek, illetve az aktív felület nagyságának igen nagy jelentősége van. A felület előkészítése a következő műveletekből áll: 1. zsírtalanítás, 2. hibafelvétel, 3. egyéb javítások elvégzése, 4. felületkialakítás. A zsírtalanítás célja a felületre tapadt zsírok, olajok, olajiszapok és mechanikai szennyeződések eltávolítása. Követelmény, hogy a tisztaság foka legalább a T2-es (MSZ 1891) minőséget elérje, ami ugyan jól tapadó bevonat készítéséhez még nem elegendő, de az alkatrész további kezeléséhez feltétlenül szükséges. A zsírtalanítás végezhető vízzel, gőzzel, vizes alkálisóoldatokkal, kőolajpárlatokkal, benzolszomologgal és halogénezett szénhidrogénekkel. Ha a szennyeződések ezek egyikével se távolíthatók el (pl. a furatokból), akkor kiégetést kell végeznünk, max. 400°C-on. Az alkatrészek tisztítása után egyenként méréssel vagy szemrevételezéssel hibafelvételt kell készíteni. Ekkor kell eldönteni azt, hogy milyen rétegvastagságra van szükség, illetve hogy milyen műanyagot válasszunk (pl. 2mm fölötti rétegvastagság már csak lángszórással állítható elő, amit viszont csak a polikarbonát visel el károsodás nélkül). Az élet- és vagyonbiztonságot veszélyeztető alkatrészeken (pl. kormánytengely, tengelycsonk) repedésvizsgálatot kell végezni, ultrahanggal, mágnesen vagy ellenőrző folyadékkal (pl. a korábban - 42 -
már ismertetett DIFFU-THERM készlettel, illetve hidraulikus módszerrel). A termelőüzemekben egyszerűsége és olcsóssága miatt ez vehető számításba. A kész műanyag bevonatot nagy hő- és mechanikai terhelésnek nem szabad kitenni, ezért a bevonatkészítés előtt a lehetséges összes egyéb javítási munkát el kell végezni. Feltétlen szükséges a hegesztés, a hőkezelés, az egyengetés, ajánlatos a forgácsolás elvégzése. A felújítási gyakorlatban a bevonandó alkatrészek többsége forgástest alakú, így a felület előkészítése forgácsolással végezhető. A felületkialakításnál három feladatot kell megoldanunk egy vagy több menetben: -
az eredeti geometriai alak helyreállítását,
-
a javítóméretre munkálást és
-
a felület érdesítését.
Az eredeti geometriai forma helyreállítása a műanyag egyenletes rétegvastagságának biztosítása céljából szükséges. Az egyenetlen rétegvastagság ugyanis – főként ráolvasztott rétegeknél – belső feszültséget okoz, ami a bevonat tapadását is rontja. A javítóméretre munkálással az optimális rétegvastagságot kell biztosítani. Ráolvasztott rétegeknél ez 0,4-0,8mm, lángszórásnál és gyantafelvitelnél pedig 1mm fölötti. A felület érdesítésére a műanyaggyártók általában a szemcseszórást javasolják, de ez helyettesíthető felületdurvító forgácsolással is. Kísérleti adatok azt bizonyítják, hogy esztergálással (a=0,6mm, f=0,5mm/ford) a tapadási szilárdság a szemcseszórt felülethez viszonyítva a 85%-ot is eléri. Néhány rossz tapadó képességű műanyag-alapanyag esetén szükséges lehet a maratással történő felületaktiválás is. Ez elsősorban olajos környezetben üzemelő alkatrészeknél, illetve alumínium gyártmányoknál szükséges. Így pl. alumínium öntvények esetében lúgos (NaOH) és krómkénsavas maratással a tapadási szilárdságot sikerült a kétszeresére növelni. Ügyelni kell azonban, hogy a maró anyagok csak az előkészítendő felületekre kerüljenek! 3.4.3. A bevonatkészítés módszerei
A porból való bevonatkészítésre a pillanatolvasztásos módszerek alkalmazhatók, amelyeknél esetenként a hőmérséklet elérheti ugyan a termikus bomlás alsó határértékét, de ez olyan rövid ideig tart, hogy a műanyag összetételét nem változtatja meg. Az alkatrész-felújítási gyakorlatban a pillanatráolvasztásos módszerek közül a követezők érdemelnek figyelmet: -
lebegtetett műanyagporba mártás vagy szinterezés,
-
forgatópadon történő szórás, - 43 -
-
elektrosztatikus porszórás,
-
lángporszórás.
Bevonat ezenkívül szilárd vagy folyékony halmazállapotú műgyantákból is készíthető. A folyékony műgyantákból a felújítandó alkatrész jellegétől és a kiválasztott műgyanta tulajdonságait préseléssel, kenéssel, centrifugális erővel történő kicsapatással készíthetünk bevonatot. A gyanták a térhálósító anyagától függően hidegen vagy melegen keményednek ki. A hidegen keményedő műgyanták kötési ideje hőközléssel minden esetben csökkenthető, míg a melegen keményedők térhálósítását a gyári előírásoknak megfelelően kell elvégezni. A hőkezelésen a műanyagtechnikában a hőre keményedő műanyagok beégetéssel történő térhálósítását értjük, ezért ez a művelet hőre lágyuló műanyagoknál természetesen elmarad. Az alkatrészek előmelegítése. A ráolvasztásos eljárás lényege az, hogy a bevonásra használt műanyagok olvadáspontja fölötti hőmérsékletre előmelegített fémtárgyat műanyag porral hozzuk érintkezésbe. Az alkatrészek felmelegítését erre alkalmas berendezésben – lehetőleg hőfokszabályozós elektromos kemencében – az alkatrész tömegének és hőkapacitásának figyelembevételével végezzük el. A melegítési idő a következő szakaszokra osztható: -
a munkadarab felületének átmelegedése (megjelennek a futtatási színek),
-
a munkadarab teljes keresztmetszetében átmelegszik (eltűnnek a futtatási színek),
-
hőntartás (hőmérséklet- és feszültségkiegyenlítődés).
A melegítésre érzékeny vagy hőkezelt alkatrészeket a keletkező belső feszültségek csökkentése érdekében célszerű a kemencével együtt melegíteni, mert kimutatták, hogy a mag és felület közötti 5-10°C-os
hőmérsékletkülönbség
10-20MPa
feszültség
ébredéséhez
vezet.
A
melegítő-
berendezéssel szemben követelmény, hogy minimum 400°C-os hőmérséklet elérésére képes legyen és a beállított hőfokot ±5°C tűréssel tartani tudja (a hőre keményedő műanyagok beégetése miatt). Ezeket a követelményeket a laboratóriumi, a szárító- és az edzőkemencék, illetve a speciálisan erre a célra gyártott melegítő-berendezések elégítik ki. Az alkatrészek teljes felmelegedésének elkerülése céljából a szükségmegoldásként alkalmazhatunk helyi melegítést is. Ez megvalósítható célberendezéssel – pl. külső melegítéshez elektromos, illetve gázgyűrű
–
vagy
acetilén,
esetleg
propán-bután
hegesztőkészülékkel.
Ilyen
rendszerű
előmelegítésnél ajánlatos az alkatrészt a ráolvasztási hőmérséklet fölé hevíteni 50-100°C-kal, ami a visszahűléskor hőfok-kiegyenlítődést eredményez. Sorozat felújítás esetén célszerű az azonos hőkapacitású alkatrészeket csoportosítani. A hőkapacitás függ az alkatrész tömegétől és felületétől, amit a műveleti idők meghatározásánál figyelembe kell venni. - 44 -
Itt említhető meg, hogy az alkatrészt közvetlenül a kemencébe helyezés előtt célszerű még egyszer zsírtalanítani a megmunkáláskor, illetve kezeléskor rátapadt szennyeződések eltávolítása céljából. Erre gazdaságosan alkalmazhatók az aerosolos kiszerelésű triklóretilének, triklóretánok. A bevonatkészítés előtt a bevonásra nem kerülő felületeket az utólagos újra megmunkálások elkerülése céljából célszerű letakarni. Ez történhet fizika úton, alumíniumfóliával, üvegszövettel, valamint a tapadóképesség lerontásával, amire a hőálló szilikongyanta készítmények a legalkalmasabbak (pl. Anti Size). Hideg elektrosztatikus szóráshoz megfelel a papír- és műanyagfólia-takarás is, lángporszóráshoz pedig az acél vagy alumíniumbilincs. A ráolvasztás a különféle műanyagoknál más-más hőmérsékleten történik: -
poliamid esetében 225-240°C,
-
epoxi porok esetében 120-180°C,
-
polikarbonátoknál 275-380°C.
A hőmérséklet ellenőrzésére termokrétákat, illetve tapintóhőmérőket használhatunk. Az ellenőrző kréták 25°C-os lépcsőkben készülnek, közvetlen mérésre nem adnak lehetőséget. A tapintóhőmérők az érzékelő anyagától függően 5-20s alatt szolgáltatják az eredményt, általában ±3% pontossággal. Az előmelegített alkatrész felületét közvetlenül a bevonás előtt célszerű ismételten oxidmentesíteni, amit drótkefével vagy drótkoronggal végezhetünk. Kísérleti adatok bizonyítják, hogy ennek elmulasztása a tapadási szilárdság 30-70%-os romlását vonja maga után. 3.4.3.1. Forgatópadon történő szórás A módszer lényege az, hogy a kellően felhevített munkadarabot a forgatópad tokmányába fogva vagy két csúcs között megtámasztva forgatjuk, miközben egyenletes felosztásban műanyagport szórunk rá. Ezzel a felviteli módszerrel forgástest alakú hibahelyek újíthatók fel, mind külső, mind belső meghibásodás esetén. Előnye, hogy a műanyag réteg kialakulás igen jól követhető és a bevonás szakaszosan is elvégezhető. Így nincs szükség egyes felületrészek árnyékolására és a műanyagveszteség is kicsi (csak a méret fölé való feltöltésből adódik, a mellészórás ugyanis felfogható). Szintén előnye, hogy nem igényel költséges berendezéseket, forgatópadként a termelőüzemekben meglévő esztergagépek is felhasználhatók, de egy célberendezés gyártása sem költséges. A forgatópadon felvitt műanyag réteg vastagságának egyenletessége a szórás egyenletességének a függvénye. Célszerű tehát ezért a hibahelyek nagyságának megfelelő egyenletes bevonatképzésre alkalmas segédeszközök készítése, amelyek részszabályozós és forgódobos kivitelben készülhetnek. - 45 -
A bevonat egyenletes terülés érdekében a szükséges kerületi sebesség 0,05-0,13m/sec, amely az átmérőtől függően 20-80 fordulatot jelent percenként. Magasabb fordulatnál ugyan a nagyobb ömledékviszkozitású anyagok is egyenletesebben terülnének, de a centripetális erő következtében a szilárduló réteg elmozdulna, ami rontaná tapadást, illetve belső feszültséget ébresztene. Itt említhető meg a helyi bevonatképzés másik két módszere is, amelynél az alkatrész tömege vagy geometriája nem teszi lehetővé a forgást. Forgástest alakú alkatrészeknél szórókészülék készíthető, amely pneumatikus porszállítással forogva szórja a port a hibahelyre (pl. nagy öntvényházak csapágyhelyeinek felújítása). Amennyiben a bevonandó tárgy nem forgástest alakú, a műanyag egyenletes eloszlatását 50-100Hz frekvenciával történő vibráltatással biztosíthatjuk. 3.4.3.2. Lebegtetett műanyagporba mártás vagy szinterezés Az eljárásnál a bevonandó tárgyat a műanyag olvadási pontja fölé kell hevíteni, majd a fluid állapotban lévő műanyagporba mártani. A műanyagpor lebegtetésére azért van szükség, hogy a tárgyat a por egyenletesen vegye körül, illetve hogy a műanyagporba egyáltalán berakható legyen. Szinterező készülék házilagos kivitelben is készíthető. A por lebegtetéséhez – egyenletes eloszlásához
0,1-0,4bar
levegőnyomás
szükséges.
Az
egyenletes
légszállítást
stabil
nyomásszabályozó szelep, az egyenletes eloszlást pedig üvegszövet vagy filcréteg biztosítja. Ajánlatos a levegőt vagy a műanyagport előmelegíteni az alkatrész gyors lehűlésének elkerülésére, illetve a műanyagpor nedvességtartalmának csökkentése céljából. A nedves műanyagporból a ráolvasztáskor gőz képződik, ami a bevonatot zárványossá, buborékossá teszi. A bevonásnál árnyékolással kell a passzív felületeket elzárni a műanyagportól. A felületek takarása történhet hőálló azbeszt, üvegszövet vagy alumíniumfólia réteggel, amely a bevonás után a ráolvadt műanyaggal együtt eltávolítható. A műanyag tapadása szilikon vagy nátrium szilikát készítményekkel csökkenthető, így az a bevonást nem igénylő részekről könnyen eltávolítható. Lebegtetett műanyagporba mártással való bevonatkészítést szemléltet a 19. ábra.
- 46 -
19. ábra Szinterezőkád elrendezési vázlata 3.4.3.3. Elektrosztatikus porszórás A pillanatráolvasztásos eljárások közül a legmodernebb műanyag-felviteli módszer az elektrosztatikus porszórás. Lényege, hogy erős negatív töltésű csővezetéken keresztül fúvatják a műanyagport a bevonandó tárgyra, amelyet földelünk. A szórópisztolyon áthaladó, negatív töltésűvé vált műanyagpor a hozzá képest pozitív, földelt munkadarabra az elektrosztatikus vonzás következében rátapad. Ez a vonzóerő napokig érvényesül, így lehetőség van technológiai sorokba való beillesztésre. A sztatikusan töltött port hideg vagy meleg felületre egyaránt felvihetjük. Az előmelegített alkatrészekre a műanyagpor folyamatosan olvad rá, így a rétegvastagság növelhető. Az elérhető rétegvastagság műanyagfajtától függően 0,15-0,25mm, ami előmelegítéssel kb. 50%-kal még növelhető. Mivel ezzel a módszerrel vastag bevonatok nem állíthatók elő, így fő alkalmazási területe nem az alkatrész-felújítás, hanem a korrózióvédelem. Normál klímakörülmények között egy 150µm vastag műanyag réteg 5-6 rétegű, jó minőségű festékbevonatot helyettesíthet, savas közegben pedig szinte csak ezek alkalmazhatók (pl. nedveskukorica-tárolás).
- 47 -
3.4.3.4. Műanyagfelvitel lángporszórással Lángporszórással csak hőre lágyuló műanyagokból képezhető bevonat. A felvitelhez a fémporok szórásához kifejlesztett külső keverésű berendezések használhatók (pl. POWDERJET). A tartályból a műanyagport tisztított, stabil nyomású levegő szállítja a szórópisztolyon keresztül a fúvókához, ahol keveredik az égő, sok apró furaton keresztül kiáramló gáz-oxigén keverékkel. Az acetilén és az oxigén keverési aránya a reduktoron állítható be, mérésére pedig beépített rotaméterek szolgálnak. A szórópisztolyon központi elzárócsap található, mellyel egyszerre zárjuk a gáz-oxigén-levegő-por elegyet. A por mennyiségét a portartóba épített szelep segítésével szabályozhatjuk. Lángporszórásos felvitelhez a termoplasztikus műanyagok közül is csak néhány felel meg. A poliamid II oxidálódik szórás közben, tapadása leromlik, illetve elszíneződik, ami a termikus bomlás megindulásának a jele, így ebből a műanyagfajtából gépészeti bevonat készítése sem ajánlatos. Hasonlóan viselkedik a jóval hőállóbb poliéterszulfon is. A közelmúltban végzett kísérletek szerint a polikarbonátok azok, amelyek károsodás nélkül elviselik a lángporszórással járó hőterhelést. A felviteli technológia a következő: az eddigiekben ismertetett módon előkészítjük a felületet, majd előmelegítjük 270-300°C-ra (kemencében vagy lánggal, esetleg magával a szórópisztollyal). Az előmelegítés után kinyitva a poradagolót megkezdhetjük a szórást, amit a rétegvastagság eléréséig folytatunk, de az eljárást több lépcsőben is végezhetjük. A rétegszámot az anyag hőkapacitása, valamint a geometriai méret és a feltöltendő felület nagysága határozza meg. Hosszú, vékony falú felületeknél ajánlatos több réteg felvitele, míg vastag, tömör anyagokra egy rétegben akár 1mm vastag bevonat is készíthető. A módszer nagy előnye, hogy a felvitt rétegvastagság elvileg nincs korlátozva, hiszen a ráolvasztás kívülről történik, továbbá, az, hogy a meghibásodott és a nem megfelelő rétegvastagságú bevonat javítható. Hátránya, hogy nagy hőenergiát igényel és a külső ráolvasztás miatt zárványok képződnek. 3.4.3.5. Bevonatkészítés műgyantából A műgyantákból akkor készítünk bevonatot, ha az más módszerrel – az alkatrész jellege miatt – nem lehetséges, vagy ahol az üzemeltetési körülmények speciális követelményeket támasztanak. Így például követelmény lehet a bevonat vegyi anyagokkal szembeni ellenálló képessége, kopásállósága, jó siklási tulajdonsága, amit anélkül kell biztosítani, hogy a részegységet hőhatásnak tennénk ki.
- 48 -
A műgyantákból képzett bevonatokhoz általában töltött – epoxi vagy poliészter – két- vagy háromkomponenses műanyagokat használunk, amit a többnyire ragasztó- vagy kittanyagként hoznak fogalomba. Ezek hidegen fel vihetők a felületre, a száradást hőközléssel gyorsítják. 3.4.4. Előforduló technológiai hibák
A gyakorlatban leggyakrabban előforduló hibák a 8. táblázatban lettek feltüntetve. A gyakorlatban leggyakrabban előforduló hibák Hiba
Hólyagosodás
Hiba oka túl vastag porréteg felhordása egy lépésben nagy kapacitás miatt túlhevül a műanyag
nagy nedvességtartalmú por vagy levegő alkalmazása Sárgulás
műanyag túlhevülés
Csomósodás vagy túl vastag bevonat
nedves por
Repedezett vagy hólyagos bevonat
kis felhordási hőmérséklet
Lyukképződés
porhiány a rövid mártási idő miatt
Kráterképződés zsugorodási pontok Elégtelen tapadás
8. táblázat Kiküszöbölés módja a ráolvasztást több lépésben kell elvégezni csökkenteni kell az előmelegítés idejét vagy hőmérsékletét a műanyag port felhasználás előtt ki kell szárítani (80°C-on szárítószekrényben); a levegő nedvességét ki kell szűrni az előmelegítés idejét vagy hőmérsékletét kell csökkenteni
a műanyag por szárítása
a por olaj- vagy zsímyomokkal szennyezett, idegen anyagok szennyező hatása rosszul előkészített (zsírtalanított vagy szemcsefúvott) felület az alapozó elégtelenül vagy túlságosan leégett
a bevonat darabok utánmelegítése, a nem bevonatok hőtartalmának növelése a mártási idő növelése, esetleg az előmelegítési hőmérséklet növelése a szennyezett port eltávolítani gondos felület-előkészítés pontos alapozó felhordási technológia betartása
3.4.5. A műanyag bevonatok megmunkálása
Az illesztett alkotórészek feltöltése során biztonsági okokból a rétegvastagságot a szükséges méretnél mindig nagyobbra készítjük. Ennek az az oka, hogy nincs olyan felviteli eljárás, amely biztosítaná az alkatrész megfelelő méretpontosságát. Ezért szükséges a bevonatok forgácsolással történő megmunkálása. A méretre munkálást a fémiparban elterjedt módszerekkel és szerszámgépekkel végezzük: esztergálással, marással, fúrással, dörzsöléssel és egyes műanyagoknál köszörüléssel is. Ez utóbbit - 49 -
azonban csak igen ritkán alkalmazzák, hiszen az ezzel elérhető pontosság a műanyag jellemzői miatt (pl. nedvességfelvétel) úgysem használható ki, a gyakorlatban szükséges felületi simaságot pedig műanyagoknál finomesztergálással is el lehet érni. Valamennyi megmunkálásnál hűtőfolyadékkal dolgozunk, amely olaj vagy víz egyaránt lehet. Esztergálás technológiai adatai: -
nagyoláshoz: f=0,2-0,4mm/ford, v=100-400m/min,
-
simításhoz: f=0,05mm/ford, v=200-800m/min.
A műanyag köszörüléssel is megmunkálható, így az elérhető átlagos felületérdesség Ra=0,20,18µm. A köszörűkő anyaga szilícium-karbid keramikus kötéssel és 3-5 tömörséggel. A szemcsenagyság 60µm körüli, a sebesség 20-40m/s, a munkadarab kerületi sebessége 20-40m/min, fogásmélység 0,008-0,015mm közötti érték. 3.4.6. A műanyag bevonatok illesztése
A műanyag bevonatok illesztése a hagyományos illesztéstől lényegesen eltér és leegyszerűsödik. Az alkatrészek összeépítésekor használt illesztéseket az alkatrészek jellegének és a kapcsolódó részek zavartalan működésének figyelembevételével kell meghatározni. A műanyag alkatrészek illesztését – akárcsak a fém alkatrészekét – az alkatrész működése dönti el. Szilárd illesztés. Általában golyós- vagy görgőscsapágyak tengelyre vagy házba rögzítése esetén
két főcsoportot különböztetünk meg: 1. Olyan szilárd rögzítésre (pl. tengelycsonk külső görgőscsapágyának szerelésekor), amikor a munkadarab tengelyirányú elmozdítással állítható végleges helyzetbe, a következő illesztéseket kell alkalmazni: -
alaplyukhoz a csap tűrése: +0,03…+0,015mm,
-
alapcsaphoz a lyuk tűrése -0,015…-0,03mm.
Ha csak az egyik alkatrész felülete van bevonva műanyaggal, a másik alkatrészre a fémillesztés az irányadó. Mindkét alkatrész bevonásakor az adott illesztések felét kell megadni. 2. Olyan szilárd rögzítésre (csapágy vagy persely), amelyekben sem szereléskor, sem üzem közben nem mozdulnak el az alkatrészek, a következő illesztést kell alkalmazni: -
alaplyukhoz a csap tűrése: +0,07…+0,03mm,
-
alapcsaphoz a lyuk tűrése: -0,03…-0,07mm. - 50 -
A műanyag bevonatok illesztésekor jól kihasználható a műanyag rugalmassága, mert szereléskor bizonyos mértékben összenyomható és ezzel a szerelt alkatrész rögzítését elősegíti. A műanyag bevonat alkalmazásával a fém alkatrészek hagyományos, több technológiai műveletből álló megmunkálása egyszerűsíthető, és a javított alkatrész csekély költséggel gyári alapméretre készíthető. Forgó alkatrészek illesztése.
Kis terhelésű, v=3…6m/s kerületi sebességgel forgó alkatrészekhez 8…12MPa fajlagos terhelés esetén
állandó,
folyamatos
olajkenéssel
jó
eredménnyel
használhatók
a
0,5…0,8mm
rétegvastagságú, megfelelően megmunkált ráolvasztott poliamid bevonatok. A forgó alkatrészeken az alkalmazott poliamid 11 műanyag bevonatok esetén – a hagyományos bronz-acél illesztéseket alapul véve – a közepes játékot 0,015…0,03mm-rel nagyobbra kell választani. A felület érdessége nyomóolajozáshoz f=0,03-0,08mm/ford. előtolással esztergált 1,6 mérőszámú felület legyen.
- 51 -
4. MINTATECHNOLÓGIÁK A javasolt felújítási eljárások jó áttekinthetőségét és felhasználásuk megkönnyítését szolgálják a mintatechnológiák. Ezek művelettervi szintű részletességgel tartalmazzák egy-egy konkrét alkatrész felújítási útmutatásait. A mintadarabként választott alkatrészen a legjellemzőbb meghibásodások lettek alapul véve. Az alkalmazás lehetőségeit egy-egy üzemben főként a meglévő szerszámgépek választéka és azok állapota határozza meg. Ugyanakkor figyelembe kell venni azt is, hogy egyazon alkatrészt esetenként többfél módszerrel is fel lehet újítani vagy az előírt megmunkálást más módon is el lehet végezni. 1. példa Sebességváltó
kihajtótengely
kopott
csapágyhelyeinek
felújítása
lángporszórással
fémporszórással) (20. ábra). a) Az alkatrész anyaga: C45 (kéregedzve) b) Meghibásodás jellege: -
Golyóscsapágyhely kopása (I.)
-
Hengergörgős csapágyhely kopása (II.)
c) A felújítás feltételei: ha a fogazott és a bordás rész meg hibásodott nem újítható fel.
20. ábra Kopott csapágyhelyű (I.-II.) kihajtó tengely
- 52 -
(hideg
d) A felújítás műveleti sorrendje Ssz.
Művelet leírása
1.
Alkatrész előkészítése a) tisztítás, mosás Előmunkálás befogás csúcsok közé a) esztergálás I. helyen Ø49mm-re b) esztergálás II. helyen Ø74mmre Szemcseszórás a) a bevonni nem kívánt felületek takarása Al fóliával b) felületdurvítás szemcseszórással az I. II. paláston Feltöltés alkatrész befogása forgatópadon csúcsok közé a) az I. II. felületek előmelegítése 50-100°C-ra b) alapozópor szórása mindkét helyen 0,1-0,2mm-es rétegben c) fedőréteg feltöltése: I. helyen 51mm-re, II. helyen 76mm-re Készre munkálás befogás esztergán csúcsok közé a) esztergálás I. helyen Ø50-re b) esztergálás II. helyen Ø75-re Végellenőrzés a) feltöltött réteg ellenőrzése szemrevételezéssel b) méretellenőrzés a vázlat szerint
2.
3.
4.
5.
6.
Szerszám, készülék, mérőeszköz HIDREX-100 mosóberendezés
Techn. adatok, segédanyagok
Műszaki előírások
Kompozit betétes esztergakés: P0102; Tolómérő 150
v=80m/min f=0,1mm/ford a=0,2mm
Kopásból vagy kiverődésből származó nyomok a palástokon nem maradhatnak.
ST-1400 szemcseszóró berendezés
Elektrokorund szemcse: BC 30
Durvítás után a felületi érdesség legalább Ra=20µm legyen.
ROTOTEC 80 szórópisztoly; Tolómérő 150; Tapintóhőmérő HM15
n=150-180ford/min Alapozópor: XUPER-ULTRA BOND (51000) Fedőréteghez az I. II. paláston: LUBROTEC 19985 ötvözetpor
Feltöltéskor az alapanyag nem hevülhet 250°C fölé
Kompozit betétes esztergakés P0102; Mikrométer 50-75
v=80m/min f=0,05mm/ford a=0,05mm Ra=0,32µm
Mikrométer 50-75
- 53 -
A lemunkált felületen folytonossági hiba vagy rétegleválás nem engedhető meg.
2. példa Turbófeltöltő turbinatengely csapágyhelyeinek felújítása meleg fémporszórással (21. ábra). a) Az alkatrész anyaga: C45 (nemesített) b) Meghibásodás jellege: I.-II. siklócsapágy-helyek kopása.
21. ábra Kopott csapágyhelyű (I.-II.) turbinatengely c) A felújítás műveleti sorrendje Ssz.
Művelet leírása
1.
Alkatrész előkészítése a) mosás, zsírtalanítás b) szomszédos felületek bevonása hővédő anyaggal Előmunkálás befogás esztergán csúcsok közé a) I. II. felületek lemunkálása Ø16mm-re Feltöltés fémporszórással alkatrészt forgatópadon befog a) I. II. helyeket 0,1-0,2mm-es rétegvastagságban feltölt b) I. II. helyeket felmelegít a szórópisztoly lángjával 300400°C-ra c) az előmelegített paláston folytatja a feltöltést Ø17,5mmig d) a felszórt réteget 950-1000°C-ra felmelegítve beolvaszt Készre munkálás alkatrészt köszörűgépen csúcsok közé fog a) I. II. helyeken palástot köszörül az eredeti méretre Ø16,8 -0,006 -0,017 Végellenőrzés a) a feltöltött réteg ellenőrzése szemrevételezéssel b) méretellenőrzés c) ütés ellenőrzése a csapágyhelyeken csúcsok között
2.
3.
4.
5.
Szerszám, készülék, mérőeszköz
Techn. adatok, segédanyagok
Műszaki előírások
SUPER HIDREX
3%-os Rábapon oldat Castomax hővédő elegy
Keményfém betétes esztergakés. DR10, Tolómérő 150
v=60m/min f=0,08mm/ford a=0,1mm
Kopásból származó ovalitás vagy hullámosság nem maradhat.
EURO-JET XS8 szórópisztoly; Tolómérő 150; Tapintóhőmérő HM15
n=150-180ford/min; INTERWELD N 401 fémpor; HRC 34-42
Beolvasztás után az átmérő legalább 17,2mm legyen.
Köszörűkorong 200x25x32 KB36M MSZ4510; Mikrométer 0-25
v=30m/min f=0,2mm/ford a=0,01mm
Nem megfelelő rétegvastagság esetén a szórást beolvasztást meg kell ismételni.
max. ütés 0,01mm
A megmunkált felületen folytonossági hiba vagy rétegelválás nem engedhető meg.
Mikrométer 0-25; Körfutást ellenőrző készülék
- 54 -
3. példa Dugattyúcsapszeg felújítása keménykrómozással. Műveleti sorrend:
- köszörülés, - keménykrómozás, - köszörülés, - polírozás, minőség ellenőrzés.
a) Köszörülés A művelet tagozódása
Ssz. 1.
Munkadarab befogása
2.
Palástköszörülés krómozás előtt
Megmunk. felület
„A”
Szerszám, mérőeszköz, készülék Ikerkúpos menesztő tüske Sima köszörűkorong 1x350x63x127 MSZ556 SC 25 H3 Ke 03; Mikrométer 50-75
v
n
f
a
m/min
1/min
mm/ford
mm
34
1900
20
0,1
Vázlat:
b) Keménykrómozás Ssz. 1. 2. 3. 4.
4.1. 4.2.
5. 6. 7. 8.
A művelet tagozódása Dugattyúcsapszeg mindkét végébe fémdugó rögzítése a belső felületek védelmére Függesztőkészülékbe szerelés Zsírtalanítás (oldószeres vagy elektrosztatikus) Krómozás fürdőösszetétel: CrO3: 200–250g/l H2SO4: 2–2,5g/l fürdőhőmérséklet: 55°C ±2°C Anodikus maratás J=50A/dm2 t=2min Krómozás J=50A/dm2 U=5–6V a fürdő terhelhetősége: 0,5–1A/l a krómréteg vastagsága: 0,2mm (Ø62,2 +0,1) -0 Desztilláltvizes öblítés Kiszerelés függesztőberendezésből Hideg vizes mosás Minőségellenőrzés
- 55 -
Szerszám vagy gép Függesztőkészülék Galvanizáló berendezés
Mikrométer 50-75
i
1
c) Köszörülés A művelet tagozódása
Ssz. 1.
Munkadarab befogása
2.
Palástköszörülése
Megmunk. felület
„A”
Szerszám, mérőeszköz, készülék Ikerkúpos menesztő tüske Sima köszörűkorong 1x350x63x127 MSZ556 SC 25 H3 Ke 03; Mikrométer 50-75
v
n
f
a
m/min
1/min
mm/ford
mm
34
1900
20
0,05
Vázlat:
d) Polírozás, minőségellenőrzés Ssz.
1.
2.
A művelet tagozódása A méretre köszörült dugattyúcsapszeg palástfelületének Ra=0,4µm felületi érdességűre polírozása vk=37m/s n=2820 1/min vmdb=21m/min n=110 1/min 12 pároslöket/min A kész dugattyúcsapszegek bekenése savmentes olajjal
Szerszám vagy gép Polírozógép VFE 17/24; Ikerkúpos menesztő tüske; Sima nemezborítású korong 250x50x20
- 56 -
Anyag
Polírpaszta
i
2
4. Példa Szivattyúház perselyének felújítása műanyag bevonással (22. ábra). a) Meghibásodás jellege: a persely egyoldali kopása b) Felújítás módja: persely bevonása műanyaggal, forgatópadon történő szórással
22. ábra Kopott szivattyúház persely c) A felújítás műveleti sorrendje Ssz. 1. 2.
3.
4.
Művelet leírása Alkatrész előkészítése a) mosás, zsírtalanítás Előmunkálás a) nagyolás Ø32mm-re
n=265 1/min f=0,5mm/ford a=0,5mm n=95 1/min f=0,5mm/ford a=0,35mm n=90 1/min f=0,25mm/ford
Kopási bemaródási nyomok nem maradhatnak a felületen.
NOVA sütő vagy hevítő kemence; forgatópad
Kemence hőfoka: 320°C; Hőntartási idő: 45min; Alkalmazott anyag: Rilsan 80/200 2% MoS2 adalékkal
Az alkatrész hőmérséklete nem haladhatja meg a 240°C-ot.
C12x12j II. lyukkés
n=375 1/min f=0,25mm/ford a=0,15mm n=465 1/min f=0,112mm/ford
C12x12j II. lyukkés
c) horonybővítés
fúrókészülék Ø12mm-es csigafúró
Készre munkálás a) furatesztergálás Ø28 +0,021 -0
Végellenőrzés d) bevonat ellenőrzése szemrevételezéssel e) méretellenőrzés
Műszaki előírások t=50°C
90°-os menetelés C12x12j II.
d) zsírtalanítás Bevonatkészítés a) előmelegítés b) bevonatkészítés
Techn. adatok, segédanyagok 3%-os Rábapon oldat
b) felületdurvítás
b) hornyolás 5.
Szerszám, készülék, mérőeszköz mosókád; marokecset
fúrókészülék Ø26mm-es csigafúró Mikrométer 0-25
- 57 -
A bevonatban zárványok nem lehetnek
5. Példa Csapszeg felújítása műanyagbevonással Műveleti sorrend:
- esztergálás, - felülettisztítás, - műanyag bevonás, - esztergálás.
a) Esztergálás A művelet tagozódása
Ssz.
1.
Munkadarab befogása, megtámasztása állóbábbal
2.
Központfurat szabályozása
3.
Munkadarab megtámasztása csúccsal
4.
Palástköszörülése
Megmunk. felület
Szerszám, mérőeszköz, készülék
v
n
f
a
m/min
1/min
mm/ford
mm
720
kézi
265
0,2
Tokmány; állóbáb „B”
„A”
Oldalélű forgácsolókés R2020 MSZ1904 M20 Központfúró MSZ 3999; Forgócsúcs MSZ5052 Sima köszörűkorong 1x350x63x127 MSZ556 SC 25 H3 Ke 03; Mikrométer 50-75
42
0,8
Vázlat:
b) Felülettisztítás Ssz. 1.
i
A művelet tagozódása Csapszeg felületének tisztítása
Szerszám vagy gép Szemcseszóró berendezés
- 58 -
Anyag Elektrokorund
1
c) Műanyagbevonás Ssz. 1. 2. 3. 4.
A művelet tagozódása A bevonásra nem kerülő felületek és furatok lefedése alumíniumfóliával
Szerszám vagy gép
Anyag Alumíniumfólia
Hőfokszabályozós villamos fűtésű kemence
Csapszeg előmelegítése 320°C±10°C-ra Műanyagbevonás Csapszeg bemártása a lebegtetett műanyagporba (rétegvastagság 1,5mm) Csapszeg lehűtése szabad levegőn
Lebegtető berendezés
Rilsan
d) Esztergálás A művelet tagozódása
Ssz.
1. 2.
Munkadarab befogása, megtámasztása csúccsal Esztergálás
Megmunk. felület
Szerszám, mérőeszköz, készülék
v
n
f
a
m/min
1/min
mm/ford
mm
74
500
0,2
0,7
i
Tokmány, forgócsúcs „A” Oldalélű forgácsolókés R1
Vázlat:
- 59 -
1
Irodalomjegyzék
1.
Szerkesztette: Dr. Vadász Emil:
TMK Zsebkönyv Műszaki Könyvkiadó. Budapest, 1985.
2.
3.
Dr. Ember Mihály – Dr. Jánossy György – Dr. Szíjjártó Oszkár:
Mezőgazdasági gépek javítása
Dr. Nagy József:
Építőgépjavítás és karbantartás I.
Mezőgazdasági Kiadó. Budapest, 1983.
Tankönyvkiadó. Budapest, 1987. 4.
Bódis Lajos – Őze István:
Építőgépalkatrészek és fődarabok javítása Kézirat Budapesti Műszaki Egyetem. Bp., 1977.
5.
Szerkesztette: Dr. Tóth István:
Mezőgazdasági gépek üzemfenntartása I.-II.-III. Mezőtúr, 1985.
6.
Tóth Endre:
Felületi rétegek technológiája Műegyetemi Kiadó Budapest, 1993.
7.
8.
Hartmann Vilmos – Felker József – Kalmár Vilmos – Horváth Gábor:
Mezőgazdasági gépalkatrészek felújítása
Dr. Fazekas Lajos:
Építőgépjavítás és karbantartás gyakorlatok I.
Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1986.
Tankönyvkiadó Budapest, 1990. 9.
Castolin gyártmányismertető
10.
INTERWELD gyártmányismertető
- 60 -
