1、学习项目五学习项目五 机械零件修复技术机械零件修复技术任务任务1 零件修复技术的种类及选择原则零件修复技术的种类及选择原则修复优点：修复零件一般可以节约原材料，节约加工以及拆装、调整、运输等费用，降低维修成本；可以避免因某些备件不足而等待配件，有利于缩短停修时间，提高设备利用率；可以减少备件储备量，从而减少资金的占用；一般不需要精、大、稀关键设备，易于组织生产；利用新技术修复旧零件还可提高零件的某些性能，延长零件的使用寿命。1.1 零件修复技术的分类零件修复技术的分类零件修复技术零件修复技术种类种类适用范围适用范围金属扣合技术 强固扣合法 可用于修复不易焊修的钢件，不允许有较大变形的铸件以及有
2、色金属件，适合于大型铸件如机床床身，轧机机架等基础件的修复。强密扣合法加强扣合法工件表面强化技术表面形变强化可用于改善材料的表面性能，提高零件表面的耐磨性，抗疲劳性，延长其使用寿命等表面热处理强化和表面化学热处理强化三束表面改性技术塑性变形修复技术镦粗法多用于小批或成批修复零件变形挤压法扩张法校正法电镀修复技术镀铬用于修复磨损量不大、精度要求高、形状结构复杂、批量较大和需要某种特殊层的零件。镀铁电刷镀热喷涂修复技术火焰类用于各种金属或非金属零件的机械性损伤修复领域电弧类电热法激光类焊接修复技术补焊可修复磨损失效零件；可以焊补裂纹与断裂、局部损伤；可以用于校正形状。堆焊粘接修复技术热熔粘接法应用
3、胶接技术修复磨损型机件，不但能恢复磨损型零件的尺寸，还可以改善摩擦表面的状况，延长磨损零件的使用寿命。溶剂粘接法1.2 零件修复技术的选择零件修复技术的选择1.2.1选择修复技术应遵守的基本原则选择修复技术应遵守的基本原则1、技术合理、技术合理1)考虑所选择的修复技术对机械零件材质的适应性。考虑所选择的修复技术对机械零件材质的适应性。 2)考虑各种修复技术所能提供的覆盖层厚度。考虑各种修复技术所能提供的覆盖层厚度。 3)考虑覆盖层的力学性能。考虑覆盖层的力学性能。 4)考虑修复技术应满足机械零件的工作条件。考虑修复技术应满足机械零件的工作条件。 5)考虑对同一机械零件不同的损伤部位所选用的修考
4、虑对同一机械零件不同的损伤部位所选用的修复技术尽可能少。复技术尽可能少。 6)考虑下次修复的便利。考虑下次修复的便利。 2.经济性好在保证机械零件修复技术合理的前提下，应考虑到所选择修复技术的经济性。 衡量机械零件修复的经济性通常用下列不等式式中：S修旧件修复的费用，单位为元；T修旧件修复后的使用期，单位为元h或km；S新新件的制造费用，单位为元；T新新件的使用期，单位为元h或km。上式表明，只要旧件修复后的单位使用寿命的修复费用低于新件的单位使用寿命的制造费用，即可被认为修复是经济的。 新新修修TSTS3.生产可行 许多修复技术需配置相应的技术装备、一定数量的技术人员，也涉及到整个维修组织管
5、理和维修生产进度。所以选择修复技术要结合企业现有的修复用的装备状况和修复水平进行。 1.2.2选择机械零件修复技术的方法与步骤选择机械零件修复技术的方法与步骤1)首先要了解和掌握待修机械零件的损伤形式、损伤部位和程度；了解机械零件的材质，物理、力学性能和技术条件；了解机械零件在机械设备中的功能和工作条件。 2)明确零件修复的技术要求，对照本单位的修复技术装备状况、技术水平和经验，估算旧件修复的数量。3)按照选择修复技术的基本原则，对待修机械零件的各个损伤部位选择相应的修复技术。 4)全面权衡整个机械零件各损伤部位的修复技术方案。 在保证修复质量前提下，力求修复方案中采用的修复技术种类最少；力求
6、避免各修复技术之间的相互不良影响（例如热影响）；尽量采用简便而又能保证质量的技术。5)最后择优确定一个修复方案。 6)制订修复工艺规程。 1.2.3机械零件修复工艺规程内容机械零件修复工艺规程内容 机械零件修复工艺规程的内容包括：名称、图号、硬度、损伤部位指示图、损伤说明、修理技术的工序及工步、每一工步的操作要领及应达到的技术要求、工艺规范、修复时所用的设备、夹具、量具，修复后的技术质量检验内容等。 技术规程常以卡片的形式规定下来，必要时可加以说明。1.2.4制订机械零件修复工艺规程的过程制订机械零件修复工艺规程的过程1)熟悉机械零件的材料及其力学性能、工作条件和技术要求；了解损伤部位、损伤性
7、质（磨损、断裂、变形、腐蚀）和损伤程度（如磨损量大小、磨损不均匀程度、裂纹深浅及长度等）；了解本单位的设备状况和技术水平；明确修复的批量。2)根据修复技术的选择原则确定修复技术方法，分析该机械零件修复中主要技术问题，并提出相应的措施。安排合理的技术顺序，提出各工步的技术要求、工艺规范以及所用的设备、夹具、量具等。3)听取有关人员意见并进行必要的试修，对试修件进行全面的质量分析和经济指标分析，在此基础上正式填写技术规程卡片，并报请主管领导批准后执行。4)在技术规程中既要把住质量关，对一些关键问题做出明确规定；又不要把一些不重要的操作方法规定太死，这样可便于修理工人根据自己的经验和习惯灵活掌握。1
8、.2.5制订机械零件修复工艺规程的注意事项制订机械零件修复工艺规程的注意事项1.合理编排顺序 变形较大的工序应排在前面，电镀、喷涂等工艺，一般在压力加工和堆焊修复后进行；零件各部位的修复工艺相同时，应安排在同一工序中进行；精度和表面质量要求高的工序应排在最后。2.保证精度要求 尽量使用零件在设计和制造时的基准；若原设计和制造的基准被破坏，必须安排对基准面进行检查和修正的工序；当零件有重要的精加工表面不修复，且在修复过程中不会变形，可选该表面为基准；各修复表面的粗糙度及其他形位公差应符合新件的标准。3.保证足够强度 零件的内部缺陷会降低疲劳强度，因此对重要零件在修复前后都要安排探伤工序；对重要零
9、件要提出新的技术要求，如加大过渡圆角半径、提高表面质量、进行表面强化等，防止出现疲劳断裂。4.安排平衡试验工序 为保证高速运动零件的平衡，必须规定平衡试验工序。例如曲轴修复后应做动平衡试验。5.保证适当硬度 保护不加工表面的热处理部分；最好选用不需热处理就能得到高硬度的工艺，如镀铬、镀铁、等离子喷焊、氧-乙炔火焰喷焊等；当修复加工后必须进行热处理时，尽量采用高频淬火。任务任务2 金属扣合技术的应用金属扣合技术的应用 金属扣合技术是利用扣合件的塑性变形或热胀冷缩的性质将损坏的零件连接起来，达到修复零件裂纹或断裂的目的。这种技术可用于修复不易焊修的钢件，不允许有较大变形的铸件以及有色金属件，适合于
10、大型铸件如机床床身，轧机机架等基础件的修复。特点：整个工艺过程完全在常温下进行，排除了热变形的不利因素；操作方法简便，不需特殊设备，可完全采用手工作业，便于现场就地进行修理工作，具有快速修理的特点；波形槽分散排列，扣合件（波形键）分层装入，逐片铆击，避免了应力集中。 2.1强固扣合法强固扣合法 原理：在垂直于零件裂纹或折断面的方向上，加工出一定形状和尺寸的波形槽，然后把形状与波形槽相吻合的高强度材料制成的波形键镶入槽中，在常温下铆击波形键，使其产生塑性变形而充满槽腔，借助波形键的凸缘与波形槽的四部相互扣合，使损坏的零件重新牢固地连接成一体， 图5-1 强固扣合法1波形键 2波形槽 3裂纹这种方
11、法适用于修复壁厚为8mm40mm的一般强度要求的薄壁机件。2.1.1波形键的设计和制造波形键的设计和制造1.波形键尺寸的确定 波形键的形状如图5-2所示。它的主要尺寸有凸缘直径d、颈部宽度b、间距l和厚度t。通常以尺寸b作为基本尺寸来确定其他尺寸值，一般取b 为3mm6mm。其他尺寸可按下列经验公式计算：d = (1.41.6)bl = (22.2)bt b图5-2 波形键设计波形键时根据机件受力大小和壁厚来确定波形键的凸缘数目。通常波形键的凸缘个数分别选用5、7、9个，凸缘数越多，则波形槽各凹洼断面上的应力越小，并可使最大应力远离裂缝处。但凸缘过多，会使波形键镶配工作增加难度。2.波形键的材
12、料 对波形键材料的要求如下：具有足够的强度和韧性，经热处理后，材料应变软以便于铆紧。冷作硬化倾向大，而且不发脆，使铆紧后的波形键其有很高的强度。对受热机件的扣合波形键材料的热膨胀系数要略低于或与机件材料相一致。3.波形键的制造 波形键的制造工艺是在液压压力机上用模具冷挤压成形，然后对其上、下两平面进行机加工并修整凸缘圆弧，并经热处理，硬度要求达到140HBS左右。2.1.2波形槽的布置与加工波形槽的布置与加工1.波形槽尺寸的确定 除槽深T大于波形键厚度t外，其余尺寸按照所选用的波形健各部尺寸相配合，留0.10.2mm间隙。波形槽深度T一般为机件壁厚H的0.70.8倍，即T =(0.70.8)H
13、，如图5-3a、b所示。2.波形槽的布置 为使最大应力分布在较大范围内，改善工件受力状况，在布置波形槽时，可采用一长一短式或一前一后式，如图5-3d所示。对于承受弯曲载荷的机件，因机件外层受有最大拉应力，往里逐渐减少，可将波形槽设计成阶梯状，如图5-3c所示，以减小机件内壁因开槽而遭削弱的影响。图5-3 波形槽尺寸与布置波形槽应尽可能垂直于裂纹，波形槽之间的距离W可根据经验法或计算法确定。对受载荷不大的普通机件，各波形槽之间的距离W可选用波形键宽b的56倍，即：W =（56）b。对受载荷较大的高强度机件，波形槽间距W可根据波形键和损坏机件原有承载能力相等的强度条件计算，即式中 波形键宽度，单位
14、为mm； 波形槽深度，单位为mm；机件壁厚，单位为mm；波形键经铆击后的抗拉强度极限，单位为N/mm2；机件的抗拉强度极限，单位为N/mm2。bTbTHWgp)(3.波形槽的加工 小型机件的波形槽可在镗床、铣床等设备上直接加工成型，对于拆卸和搬运不便的大型机件，其波形槽则可采用手电钻、钻模等简便工具现场加工。 波形槽现场加工的简要工艺过程如下：划出各波形槽的位置线；借助于钻模加工波形槽各凸缘孔及凸缘间孔，锪孔至深度T；钳工修整宽度b和两平面，保证槽与键之间的配合间隙。4.铆击工艺1）用压缩空气吹净波形槽内的金属屑末，用频率高、冲击力小的小型铆钉枪铆击波形键，将其扣入波形槽内，压缩空气压力为0.
15、20.4MPa。2）铆击时须使铆击杆垂直于铆击面，先铆波形键两端的凸缘，再逐渐向中间推进，轮换对称铆击，最后铆裂纹上的凸缘时不宜过紧，以免将裂纹撑开。凸缘部分铆紧后，再铆各凸缘的连接部分。并要在第一层铆紧后再铆第二层、第三层。3）根据机件要求、壁厚等因素正确掌握好铆紧度，一般情况下，控制每层波形键铆低0.5mm左右为宜。4）为使波形键能够充分冷却硬化，以提高其抗拉强度极限，操作时每个部位应先用圆弧面冲头铆击其中心，再用平底冲头铆击边缘。2.2强密扣合法强密扣合法 强密扣合法的技术原理是在强固扣合的基础上进行，先把损坏的零件用波形键将它联结成一牢固的整体，然后在两波形键之间、裂纹或折断面的对合线
16、上，每间隔一定距离加工缀缝栓孔，并使第二次钻的缀缝栓孔稍微切人已装好的波形键和缀缝栓，形成一条密封的“金属纽带”，达到阻止流体受压渗漏的目的，如图5-4所示。 这种方法适用于承受高压的汽缸和高压容器等有密封要求的机件。 缀缝栓有两种形式，一种是螺栓形，用于承受较低压力的断裂件修复，另一种是圆柱形，用于承受较高压力，密封性要求高的机件。 缀缝栓的尺寸主要是参考波形键和波形槽的尺寸选用，螺栓形可参照波形键凸缘d采用M3M8。圆柱形可采用38mm，其厚度t与波形键t一致。缀缝栓直径（或螺纹）的选择都考虑到两波形键之间的裂缝或折断间的长度，以保证缀缝栓能密布于缝的全长上，两缀缝栓应互相相割，相割量为0
17、.5l.5mm。缀缝栓的材料与波形键相同，对于要求不高的修复部位，也可采用低碳钢或纯铜等软性材料。 缀缝栓与机件的联结和波形键相同，采用圆柱形时，分片装入，逐片铆紧。采用螺栓时，也可涂以环氧树脂或无机粘结剂后一件件旋入，使之更为紧固。2.3加强扣合法加强扣合法 加强扣合法是在垂直于裂纹或断裂面的修复区上加工出一定形状的空穴，然后将形状、尺寸相同的钢制加强件镶入空穴中，在零件与加强件的结合处再加缀缝栓，使其一半嵌在加强件上，另一半嵌在机件基体上，必要时还可再加入波形键，如图5-5所示。图5-5加强扣合法1加强件 2缀缝栓 3波形键这种方法主要用于水压机横梁、轧钢机轧辊支架、辊筒等要求承受高负荷的
18、厚壁机件的修复。 加强件的形状可根据零件材料性质、载荷性质和大小以及扣合处形状等因素设计成不同形式。加强件主要有钢制砖形（如图5-5所示）、X 形（如图5-6a所示）、十字形（如图5-6b所示）、圆形、三角形等。图5-6 加强件a）X 形加强件 b）十字形加强件1缀缝栓 2裂纹 3加强件2.4热扣合法热扣合法 热扣合法是利用金属热胀冷缩的原理，将选定的具有一定形状的扣合件经加热后放入机件损坏处己加工好的与扣合件形状相同的凹槽中，扣合件在冷却过程中产生收缩，将破裂的机件重新密合，如图5-7所示。图5-7热扣合法1机件 2裂纹 3扣合件金属扣合法对大型铸件发生裂纹或断裂的情况下进行修复其效果更为显
19、若。由于金属扣合法是在常温下进行，避免了热变形的影响，波形槽分散排列，波形键分层装入，逐步铆击，遴免了应力集中。实践证明，采用扣合法修复，质量最可靠，精度能够得到保证，工艺成熟简便，成本低廉，外形美观。任务任务3 工件表面强化技术的应用工件表面强化技术的应用 工件表面强化技术是指采用某种工艺手段，通过材料表层的相变、改变表层的化学成分、改变表层的应力状态以及提高工件表面的冶金质量等途径来赋予基体材料本身所不具备的特殊力学、物理和化学性能，从而满足工程上对材料及其制品提出的要求的一种技术。 表面强化技术对于改善材料的表面性能，提高零件表面的耐磨性，抗疲劳性，延长其使用寿命等具有重要意义。它可以节
20、约稀有、昂贵的材料，对各种高新技术发展具有重要作用。3.1表面形变强化表面形变强化 表面形变强化的基本原理是通过喷丸、滚压，挤压等手段便工件表面产生压缩变形，表面形成形变硬化层，其深度可达0.51.5 mm。从而有效地提高工件表面强度和疲劳强度。表面形变强化的成本低廉，强化效果显著，在机械设备维修中常用。表面形变强化方法主要有滚压、内挤压和喷丸等，其中喷丸强化应用最为广泛。3.1.1滚压强化滚压强化 滚压强化的原理是利用球形金刚石滚压头或者表面有连续沟槽的球形金刚石滚压头以一定的滚压力对零件表面进行滚压，使表面形变强化产生硬化层。目前，滚压强化用的滚轮、滚压力大小等工艺规范尚无标准。滚压技术一
21、般只适用于回转体类零件。3.1.2内挤压内挤压 内挤压是指孔的内表面获得形变强化的工艺方法。3.1.3喷丸喷丸 喷丸是利用高速弹丸强烈冲击零件表面，使之产生形变硬化层并引进残余应力的一种机械强化工艺方法。喷丸技术显著提高了零件的抗弯曲疲劳、抗腐蚀疲劳、抗微动磨损等性能。 喷丸技术通常用于表面质量要求不太高的零件，如弹簧、齿轮、链条、轴、叶片等零件的强化。3.2表面热处理强化和表面化学热处理强化表面热处理强化和表面化学热处理强化3.2.1表面热处理强化表面热处理强化 表面热处理是通过对零件表层加热、冷却，表层发生相变，从而改变表层组织和性能而不改变成分的一种技术，它是最基本、应用最广泛的表面强化
22、技术之一。它可使零件表层具有高强度、硬度、耐磨性及疲劳极限，而心部仍保留原组织状态。 根据加热方式不同，常用的表面热处理强化包括感应加热（高频、中频、工频）、表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、浴炉（高温盐浴炉）加热表面淬火等。生产中广泛应用的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。1.感应加热表面淬火（1）感应加热表面淬火的基本原理 感应加热表面淬火的基本原理是将工件放在铜管绕制的感应圈内，当感应圈通过一定频率的电流时，感应圈内部和周围产生同频率的交变磁场，于是工件中相应产生了自成回路的感应电流，由于集肤效应（频率愈高，电流集中的表面层愈薄），感应电流主要集中在工件表层，使工件表
23、面迅速加热到淬火温度，随即喷水冷却，使工件表层淬硬，如图5-9所示。图5-9 感应加热表面淬火（2）感应加热频率的选择 根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。高频感应加热（100500kHz）。最常用的工作频率为200300kHz，淬硬层深为0.52.5mm，一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。中频感应加热（0.510kHz）。最常用的工作频率为25008000Hz，淬硬层深度210 mm。适于较大直径的轴类、中大齿轮等。工频感应加热（50Hz）。硬层深度为1020mm，适于大直径工件的表面淬火。2.火焰加热表面淬火 火焰加热表面淬火是用乙炔氧或煤气氧
24、的混合气体燃烧的高温火焰，喷射在零件表面上，使它快速加热达到淬火温度，而心部温度仍很低，随即喷水冷却，从而获得高硬度马氏体组织和淬硬层的一种表面淬火方法，如图5-10所示。火焰加热表面淬火的淬硬层深度一般为26mm，若要获得更深的淬硬层，会引起零件表面严重的过热，且易产生淬火裂纹。由于淬火质量不够稳定，生产率低，限制了它的广泛应用。但它具有方法简便灵活，无需特殊设备、成本低等优点，适用于单件或小批量生产的大型或需要局部淬火的零件，如大型轴、大齿轮、轧辊、齿条、钢轨面等。图5-10火焰加热表面淬火3.2.2表面化学热处理强化表面化学热处理强化 表面化学热处理强化是利用合金元素扩散性能，使合金元素
25、渗入到零件金属表层的一种热处理方法。 基本原理：将工件置于含有渗入元素的活性介质中，加热到一定温度，使活性介质通过扩散并释放出欲渗入元素的活性原子。活性原子被表面吸附并溶入表面，溶入表面的原子向金属表层扩散渗入形成一定厚度的扩散层，从而改变表层的成分、组织和性能。 表面化学热处理强化可以提高金属表面的强度、硬度和耐磨性，提高表面疲劳强度，提高表面的耐腐蚀性，使金属表面具有良好的抗粘着能力和低的摩擦系数。 常用的表面化学热处理强化方法有渗硼（可提高表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性）、渗碳、渗氮、碳氮共渗（可提高表面硬度，耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度），渗金属（渗入金属大多数为W、MO、V、Cr等，它们与
26、碳形成碳化物，硬度极高、耐磨性很好、抗粘着能力强、摩擦系数小）等。3.3三束表面改性技术三束表面改性技术 三束表面改性技术是指将激光束、电子束和离子束（合称“三束”）等具有高能量密度的能源（一般大于103W/cm2）施加到材料表面，使之发生物理、化学变化，以获得特殊表面性能的技术。三束对材料表面的改性是通过改变材料表面的成分和结构来实现的。 由于这些束流具有极高的能量密度，可对材料表面进行快速加热和快速冷却，使表层的结构和成分发生大幅度改变（如形成微晶、纳米晶、非晶、亚稳成分固溶体和化合物等），从而获得所需要的特殊性能。此外，束流技术还具有能量利用率高、工件变形小、生产效率高等特点。3.3.1
27、激光束表面改性技术激光束表面改性技术 激光表面改性技术是应用光学透镜将激光束聚集到很高的功率密度与很高的温度，照射到材料表面，借助于材料的自身传导冷却，改变表面层的成分和显微结构，从而提高表面性能的方法。它可以解决其他表面处理方法无法解决或不好解决的材料强化问题，可大幅度提高材料或零部件抗磨损，抗疲劳、耐腐蚀、防氧化等性能延长其使用寿命。激光表面改性技术广泛应用于汽车、冶金、机床领域以及刀具、模具等的生产和修复中。 激光表面改性技术包括激光表面淬火、激光表面涂敷、激光表面合金化、激光表面非晶态处理、激光气相沉积等。1.激光表面淬火 激光表面淬火又称激光相变硬化，指用激光向零件表面加热，在极短的
28、时间内，零件表面被迅速加热到奥氏体化温度以上，在激光停止辐照后，快速自冷淬火得到马氏体组织的一种工艺方法。激光表面淬火件硬度高（比普通淬火高15%20%）、耐磨、耐疲劳、变形极小，表面光亮，已广泛用于发动机缸套、滚动轴承圈、机床导轨、冷作模具等。2.激光涂敷 激光表面涂敷其原理与堆焊相似，将预先配好的合金粉末（或在合金粉末中添加硬质陶瓷颗粒）预涂到基材表面。在激光的辐照下，混合粉末熔化（硬质陶瓷颗粒叮以不熔化形成熔池，直到基材表面微熔，激光停止辐照后，熔化氏凝固，并在界面处与基材达到冶金结合。它可避免热喷涂方法使涂层内有过多的气孔、熔渣夹杂、微观裂纹和涂层结合强度低等缺点。 基材一般选择廉价的
29、钢铁材料，有时也可选择铝合金、铜合金、镍合金、钛合金。涂敷材料一般为Co基、Ni基、Fe基自熔合金粉末。也可将此3 种自熔合金作为陶瓷增强涂层的黏结材料，耐增强陶瓷颗粒一般选择为WC 、SiC 、TiC 、TiN 等。 激光表面涂敷的目的是提高零部件的耐磨、耐热与耐腐蚀性能。例如，气轮机和水轮机叶片表面涂敷Co-Cr-Mo 合金，提高了其耐磨与耐腐蚀性能。3.激光表面合金化 激光表面合金化是预先用镀膜或喷涂等技术把所需要的合金元素涂敷到工件表面，再用激光束照射涂敷表面，使表面膜与基体材料表层融合在一起并迅速凝固，从而形成成分与结构均不同于基体的、具有特殊性能的合金化表层。利用这种方法可以进行局
30、部表面合金化，使普通金属零件的局部表面经处理后可获得高级合金的性能。该方法还具有层深层宽可精密控制、合金用量少、对基体影响小、可将高熔点合金涂敷到低熔点合金表面等优点，已成功用于改善发动机阀座和活塞环、涡轮叶片等零件的性能和寿命。4.激光表面非晶态处理 激光表面非晶态处理是指金属表面在激光束辐照下至熔融状态后，以大于一定临界冷却速度快速冷却至某一特征温度以下，防止了金属材料的晶体成核和生长，从而获得表面非晶态结构。激光表面非晶态处理可减少表层成分偏析，消除表面的缺陷和可能存在的裂纹，具有良好的韧性，高的屈服点，非常好的耐腐蚀性、耐磨性以及优异的磁性和电学性能。如汽车凸轮轴和柴油机铸钢套外壁经激
31、光表面非晶态处理后，强度和耐腐蚀性均明显提高。5.激光气相沉积 积激光气相沉积是以激光束作为热源在金属表面形成金属膜，通过控制激光的工艺参数可精确控制膜的形成。用这种方法可以在普通材料上除敷与基体完全不同的具有各种功能的金属或陶瓷，节省资源，效果明显。3.3.2电子束表面改性技术电子束表面改性技术 电子束表面改性技术是以在电场中高速移动的电子作为载能体，当高速电子束照射到金属表面时，电子能深入金属表面一定深度，与基体金属的原子核发生弹性碰撞。而与基体金属的电子碰撞可看作主要能量传递，这种能量传递立即以热能形式传给金属表层原子，使金属表层温度迅速升高。 特点：由于电子束具有更高的能量密度，加热的
32、尺寸范围和深度更大；设备投资较低，操作较方便；因需要真空条件，故零件的尺寸受到限制。l.电子束表面淬火 与激光表面淬火相似，电子束表面淬火采用散焦方式的电子束轰击金属工件表面，控制加热速度为103105 /s，使金属表面超过奥氏体转变温度，随后高速冷却过程中发生马氏体转变，使表面强化。这种方法适用于碳钢、中碳合金钢、铸铁等材料的表面强化。例如，在柴油机阀门凸轮推杆的制造中，采用电子束对汽缸底部球座部分进行表面淬火处理，可大大提高表层耐磨性 2.电子束表面重熔 电子束表面重熔是在真空条件下利用电子束轰击工件表面，使表面产生局部熔化并快速凝固，从而细化组织，提高或改善表面性能。此外，电子束重熔可使
33、表层中各组成相的化学元素重新分布，降低元素的微观偏析，改善工件的表面性能。电子束重熔主要用于工模具的表面处理方面。3.电子束表面合金化 电子束冷却后形成与基材冶金结合的表面合金层表面合金化预先将具有特殊性能的合金粉末敷在金属表面，再用电子束轰击加热熔化，冷却后形成与基材冶金结合的表面合金层，或在电子束作用的同时加人所需合金粉末使其熔融在工件表面上，在工件表面上形成一层新的合金表层。主要用来提高表面的耐磨、耐腐蚀与耐热性能4.电子束表面非晶态处理 电子束表面非晶态处理与激光表面非晶态处理相似，只是热源不同。由于聚焦的电子束能量密度很高以及作用时间短，使工件表面在极短的时间内迅速熔化，又迅速冷却，
34、金属液体来不及结晶而成为非晶态。这种非晶态的表面层具有良好的强韧性与扰腐蚀性能。3.3.3离子注入表面改性技术离子注入表面改性技术 离子注入是指在真空下，将注入元素离子在几万至几十万电子伏特电场作用下高速注入材料表面，使材料表面层的物理、化学和机械性能发生变化的方法。1、优点：可注入任何元素，不受固溶度和热平衡的限制；注入温度可控，不氧化、不变形；注入层厚度可控，注入元素分布均匀；注入层与基体结合牢固，无明显界面；可同时注入多种元素，也可获得两层或两层以上性能不同的复合层。2、缺点，如设备昂贵、成本较高，离子注入层较薄， 通过离子注入可提高材料的耐磨性、耐蚀性、抗疲劳性、抗氧化性及电、光等特性
35、。任务任务4 塑性变形修复技术的应用塑性变形修复技术的应用 塑性变形修复技术是利用金属或合金的塑性变形性能，使零件在一定外力作用的条件下改变其几何形状而不损坏。 塑性变形修复使用的方法，也是一般压力加工的方法，但其工作对象不是毛坯，而是具有一定尺寸和形状的磨损零件。这个方法是将零件不工作部分金属转移到零件的磨损的工作部位，以恢复其名义尺寸。因此，用这种方法不单改变零件的外形，而且改变金属的机械性质和组织结构。 塑性变形修复法多在小批或成批修复零件时采用。4.1镦粗法镦粗法 镦粗法一般在常温下进行，是借助压力来增加零件的外径，以补偿外径的磨损部分，主要用来修复有色金属套筒和滚柱形零件。 用镦粗法
36、修复零件，零件被压缩后的缩短长度不应超过其原长度的15，对于承载较大的则不应超过其原高度的8。为使全长上镦粗均匀，其长度与直径比例不应大于2 ，否则不适宜采用这种方法。镦粗法可修复内径或外径磨损量小于0.6mm的零件，对必须保持内外径尺寸的零件，可以采用镦粗法补偿其中一项磨损量后，再采用别的修复方法保证另一项恢复到原来尺寸。 根据零件具体形状及技术要求，可做简易模具以保证所需的尺寸要求，尤其是对批量零件的修复更为有利，可提高效率，保证质量。设备般可采用压床、手压床或用锤手工敲击。4.2挤压法挤压法 挤压法是利用压力将零件不需严格控制尺寸部分的材料挤压到受磨损的部分，主要适用于筒形零件内径的修复
37、。 挤压法修复零件是借冲头和冲模使套筒外径受压缩小，因而使内径恢复要求的尺寸，套筒的外径可借金属喷涂、镀铬和堆焊等方法恢复。例如，修复轴套可用所示的模具进行，如图5-11所示，将所要修复的轴套2放在外模的锥形孔l中，利用冲头3在压力的作用下使轴套2的内径缩小，再用金属喷涂、电镀或镶套等方法修复缩小的轴套外径，然后进行机械加工，使内径和外径均达到规定尺寸要求。图5-11 挤压法修复轴套1外模 2轴套 3冲头 挤压法可在冷的和热的状态下进行。在热的状态操作时，将套筒加热至650700 ，然后在套筒未冷却以前，迅速进行挤压。 模具锥形孔的大小根据零件材料塑性变形性的大小和需要挤压量数值的人小来确定。
38、对塑性变形性质低的材料，当挤压值较大时，模具锥形孔可采用1020；当挤压位较小时，模具锥形孔可采用3040。对塑性变形性质高的材料，模具锥形孔可采用6070。当挤压值很大时，也可使用两个模子。模子孔内径尺寸为套筒外径值减去两倍的套筒磨损值及挤压储备值（约0.2 mm）。挤压时可使用压床或用锤均匀敲击，达到要求为止。4.3扩张法扩张法 扩张法的原理与挤压法相同，所不同的是零件受压向外扩张，以增大外形尺寸，补偿磨损部分。扩张法主要应用于外径磨损的套筒形零件。 根据具体情况可做简易模具和在冷或热的状态下进行（冷加工扩张需要很大的压力，并且容易产生裂纹），使用设备的操作方法都与前两种方法相同。例如：空
39、心活塞销外圆磨损后一般用镀铬法修复，但若没有镀铬设备时，可用扩张法进行修复，活塞销的扩张既可在热态下进行，也可在冷态下进行，扩张后的活塞销，应按技术要求进行热处理，然后磨削其外圆，直到达到尺寸要求。 4.4校正法校正法4.4.1. 热校法热校法 热校法是利用金属材料热胀冷缩的特性校正变形零件。通常是在轴弯曲凸面进行局部快速均匀加热，零件材料受热膨胀，使轴的两端向下弯曲，即轴的弯曲变形增大。当冷却时，由于受热部分收缩产生相反方向的弯曲变形，从而使轴的弯曲变形得以校正。 加热校直轴时，采用氧-乙炔焰或喷灯在最大弯曲变形的轴颈1/6-l/3圆周上加热，便加热温度达250-550，且自变形最大处向两端
40、降温加热。加热后保温、缓冷至室温时，检测弯曲变形的变化。一般需经数次加热才能校直。 热校直轴的一般操作规范如下： 1）利用车床或V 形铁，找出弯曲零件的最高点，确定加热区。2）加热用的氧乙炔火焰喷嘴，按零件直径决定其大小。3）加热区的形状有：条状 在均匀变形和扭曲时常用。蛇形 在变形严重，需要热区面积大时采用。圆点状 用于精加工后的细长轴类零件。4）若弯曲量较大时，可分数次加热校直，不可一次加热过长，以免烧焦工件表面。4.4.2冷校法冷校法 对于材料塑性较高、变形程度不大或尺寸较小的零件可用冷校法进行修复。冷校法是基于反变形原理，即使零件变形部件产生相反的变形，从而使之正形。由于材料的弹性变形
41、会使反变形程度减小，所以反变形程度应较原变形程度适当增大，达到消除变形、恢复原有形状的目的。冷校法常用的方法有敲击法和机械校直法。1.敲击法 用锤子人工敲击零件变形部位的背面，使之产生反向变形。根据零件材料性能、形状尺寸和变形程度等的不同可分别选用木椎、铜锤或铁锤和相应的锤击力度进行敲击。敲击时，不可在一处多次敲击，应移动地敲击，每处敲击34次。 此法校正变形的效果稳定，对零件的性能（如疲劳强度）影响不大。例如小型曲轴的弯曲变形采用敲击法进行校直。用铁锤敲击曲柄臂内侧或外侧，使变形的曲轴轴线发生变化达到校直。2.机械校直法 机械校直法或称静载荷法，一般是在压床或专用机床上进行变形零件的校直，用
42、于校正弯曲变形不大的小型轴类零件。例如小型曲轴，用V形铁在曲轴两端或弯曲部位附近的两个主轴颈处支承曲轴，并将弯曲凸面朝上，用压力机或千斤顶加压便之产生反向变形，且较原弯曲变形量大，保持压力l2min后卸载。如此数次施压可消除变形，曲轴得以校直。 机械校直法简单易行，但校正的精度不容易控制，经此法校直的零件内有残余应力，采用低温退火也难以完全消除，会在以后的使用中再度变形。此外，由于校直后轴上截面变化处（如过渡圆角）塑性变形较大，产生较大的残余拉应力，使疲劳强度降低。任务任务5 电镀修复技术的应用电镀修复技术的应用 电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中
43、欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积，形成镀层的一种表面加工技术。 电镀法形成的金属镀层不仅可补偿零件表面磨损，而且还能改善零件的表面性质，如可提高耐磨性（如镀铬、镀铁），提高防腐能力（如镀锌、镀铬等），形成装饰性镀层（如镀铬、镀银等），以及特殊用途（如防止渗碳用的镀铜、提高表面导电性的镀银等），有些电镀还可改善润滑条件。因此，电镀是常用的修复技术之一，主要用于修复磨损量不大、精度要求高、形状结构复杂、批量较大和需要某种特殊层的零件。5.1电镀基本原理电镀基本原理 电镀分为有槽电镀和无槽电镀（电刷镀）。有槽电镀是以被镀零件作为阴极，欲镀金属作为阳极，并使阳极的形状符合零件待镀表面的形状。电镀槽一
44、般采用不溶金属或非金属，如铅、铅锑合金、塑料等。电解液是所镀金属离子的盐溶液。 电解原理是：电镀使用直流电源。电镀时，阳极金属失去电子变为离子溶于电解液中；阴极附近的离子获得电子而沉积于零件表面发生还原反应。根据电镀质量、镀层厚度等的不同，电镀时所选用的电流密度、电解液的温度、电镀时间等工艺参数不同。严格控制电镀工艺参数是获得优良镀层的关键。5.2镀铬镀铬5.2.1镀铬层特点镀铬层特点硬度高、耐磨性好，硬度可达8001000HV，高于渗碳钢、渗氮钢；耐磨性高于无镀铬层的250倍。摩擦系数小，镀铬层的摩擦系数为钢和铸铁的50%。导热性好，导热率比钢和铸铁约高40%。，抗腐蚀能力强，铬层与有机酸、
45、硫、硫化物、稀硫酸、硝酸、碳酸盐或碱等均不起作，具有较高的化学稳定性，能长时间保持光泽。镀铬层与钢、镍、铜等基体金属有较高的结合强度。缺点：它不能修复磨损量较大的零件，镀层的厚度一般为0.50.8mm ，过厚则容易脱落；镀层有一定的脆性，只能承受工作表面均匀分布的动载荷；镀铬的工艺比较复杂，一般不重要的零件不宜采用。5.2.2镀铬工艺镀铬工艺1.一般工艺 镀铬的一般工艺过程为：镀前准备、施镀及镀后处理。（1）镀前准备 机械准备加工绝缘处理去除油脂和氧化膜 （2）施镀（3）镀后处理 2.新工艺 镀铬的一般工艺虽得到了广泛应用，但因电流效率低、沉积速度慢、工作稳定性差、生产周期长、经常分析和校正电
46、解液等缺点，所以必须研究新的镀铬工艺。（1）快速镀铬 （2）喷流镀铬 （3）三价铬镀铬 5.3镀铁镀铁 按照电解液的温度不同分为高温镀铁和低温镀铁。电解液的温度在的90以上的镀铁工艺，称为高温镀铁。这种方法获得的镀层硬度不高，且与基体结合不可靠。电解掖的温度在50以下至室温的镀铁工艺，称为低温镀铁。这种方法获得的镀层力学性能较好，工艺简单，操作方便，在修复和强化机械零件方面可取代高温镀铁，并已得到广泛应用。 镀铁层可用于修复在有润滑的一般机械磨损条件下共作的间隙配合副、过盈配合副的磨损表面，以恢复尺寸。但是，镀铁层不宜用于修复在高温或腐蚀环境、承受较大冲击载荷、干摩擦或磨料磨损条件下工作的零件
47、。镀铁层还可用于补救零件加工尺寸的超差。5.3.1镀铁层特点镀铁层特点（1）镀层与基体金属有较高的结合强度和较高的硬度，耐磨性好。（2）电流效率高，沉积速度快，一次镀厚能力强，可达1.01.5mm。（3）原料来源广，成本低，经济效益显著。（4）电解液温度低，毒性小有利于人工操作和环境保护。5.3.2镀铁工艺镀铁工艺1.镀前预处理 镀前首先对工件进行脱脂除锈，之后再进行阳极刻蚀。阳极刻蚀是工件放入25 30 H2SO4的电解液中，以工件为阳极、铅板为阴极，通以直流电，使工件表面的氧化膜层去除，粗化表面以提高镀层的结合力。2.侵蚀 把经过预处理的工件放入镀铁液中，先不通电，静放0.55min使工件
48、预热，溶解掉钝化膜。3.电镀 当零件经过表面化学处理后，按镀铁工艺规范立刻进行起镀和过渡镀，然后直流镀4.镀后处理 包括清水冲洗、在碱液里中和、除氢处理、冲洗、拆挂具、清除绝缘涂料和机械加工等。5.4电刷镀电刷镀 电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供应电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，从而获得电镀层。电刷镀主要应用于改善和强化金属材料工件的表面性质，使之获得耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、耐高温等方面的一种或数种性能。在机械修理和维护方面，电刷镀广泛地应用于修复因金属表面磨损失效、疲劳失效，腐蚀失效而报废的机械零部件，恢复其原有的尺寸精度，其有维修周期短、费用低、修复后的机
49、械零部件使用寿命长等特点，特别是对大型和昂贵机械零部件的修复经济效益更加显著。在施镀过程中基体材料无变形，镀层均匀致密与基体结合力强，是修复金属工件表面失效的最佳工艺。5.4.1电刷镀基本原理电刷镀基本原理 电刷镀基本原理如图5-13所示。电刷镀采用一专用的直流电源设备，电源的正极接镀笔，作为电刷镀的阳极，将电源的负极接表面处理好的工件，作为电刷镀的阴极。阳极包套包裹着有机吸水材料（如用脱脂棉或涤纶、棉套或人造毛套等）。刷镀时，包裹的阳极与工件欲刷镀表面接触并作相对运动，含有需镀金属离子的电刷镀专用镀液供送至阳极和工件表面处，在电场力的作用下，镀液中的金属离子向工件表面作定向迁移，在工件表面获
50、得电子还原成原子成为镀层在工件表面沉积。镀层的厚度随刷镀时间的延长而增厚，直至所需的镀层厚度时为止。镀层厚度由专用的刷镀电源控制，镀层种类由刷镀液品种决定。图5-13 刷镀基本原理示意图5.4.2电刷镀特点电刷镀特点1.设备特点电刷镀设备简单，体积小，重量轻，多为便携式或可移动式，便于现场使用或进行野外抢修，其用电量、用水量少，可以节约能源、资源；电刷镀不需要镀槽、挂具，设备数量少，因而对场地设施的要求低；一套设备可以完成多个镀件的电刷镀；镀笔（阳极）材料主要采用高纯细石墨，是不溶性阳极，石墨的形状可根据需要制成各种样式，以适应被镀上件表面形状。电刷镀某些镀液时，也可以采用金属材料作阳极。2.
