Обработка поверхностей металлов: виды, технологии, допуски и практика

[locolizator]

Обработка поверхностей - это финальный штрих в металлообработке. Без нее деталь не пройдет контроль, не выдержит нагрузок. Здесь речь о Ra, Rz, твердости и покрытиях. Разберем, что к чему, чтобы не плодить брак.

Зачем это знать? Чтобы выбрать метод под задачу: сталь 45 по ГОСТ 1050 или нержавейка 12Х18Н10Т. Проблемы типичные - коррозия, износ, прихват. Правильная обработка решает их на корню. Поехали по видам и технологиям.

Механическая обработка: шлифовка и полировка

Механика - основа основ. Убираем шероховатость, снимаем припуски. Шлифовка на ЧПУ-станках дает Ra 0,8-0,2 мкм. Полировка до зеркала - Ra 0,05 мкм. Выбирают под нагрузку: для валов - шлифовка, для декоративки - полировка.

Пример: вал из 40Х по ГОСТ 4543. После токарки Ra 6,3, после шлифовки - 0,4. Допуск по IT5. Без этого - вибрация, быстрай износ. Логично перейти к параметрам и инструментам.

• Шлифовка круглая: круги ЦШП 25А Ф60А125, скорость 30 м/с. Ra 1,25-0,16.
• Плоская шлифовка: для пластин, Ra 0,8. Охлаждение - 5% эмульсия.
• Полировка: брусками из войлока с пастой ГОИ. До Ra 0,02 для ювелирки.

Метод	Ra, мкм	Инструмент	Применение
Шлифовка	0,8-0,2	Круги 25А	Валы, шестерни
Полировка	0,05-0,01	Паста ГОИ	Декор, зеркало
Чеканка	1,6-0,4	Ленточные	Ржавая сталь

Нюанс: на нержавейке полировка медленнее - паста забивается.

Химическая обработра: травление и фосфатирование

Химия - для чистоты без механики. Травление убирает окалину с 20 по ГОСТ 14637. Фосфатирование - под масло, защита от коррозии. Кислоты: серная 10-20%, время 5-15 мин.

Сталь 3 сварная: окалина 0,1 мм, травление в HCl 15%. Ra падает до 3,2. Фосфат - слой 5-20 мкм, по ГОСТ 9.301. Для арматуры или труб. Дальше - составы и режимы.

• Травление: HCl 10-18%, 20-60°C, 10-30 мин. Для углеродистых сталей.
• Фосфатирование: раствор MnPO4, 90-95°C, 20-40 мин. Покрытие серое.
• Пассивация: HNO3 20-50%, для нержавейки 08Х18Н10.

Сталь (ГОСТ)	Метод	Слой, мкм	Защита
45 (1050)	Фосфат	10-15	От коррозии
12Х18Н10Т	Пассивация	0,5-2	Антикоррозия
Ст3сп (380)	Травление	-	Удаление окалины

Важно: контроль pH 2-4, иначе перетравишь - минус допуск.

Гальваника и покрытия: цинк, хром, нитрид

Гальваника - барьер от ржавчины. Цинк по ГОСТ 9.303 - 10-20 мкм, хром 5-25 мкм твердый. Нитрирование для инструмента: твердость HRC 60-65.

Деталь из 38Х2МА: нитрид 200-500°C, 20-50 ч, глубина 0,3 мм. Хром на цилиндрах - износ в 3 раза меньше. Ток 1-5 А/дм2. Переходим к типам.

• Гальванический цинк: сернокислый, 20-30 мин, 15-25 мкм.
• Хромирование: декоративное - 0,5 мкм, твердое - 20 мкм.
• Нитрирование газовое: NH3, 500-570°C, для 40ХН2МА.

Покрытие	Толщина, мкм	Твердость	Сталь
Цинк	12-20	-	Сталь 20
Хром твердый	10-50	HV 800-1200	45
Нитрид	0,2-0,5 мм	HRC 60	38Х2МА

Подготовка: обезжирка + травление, иначе не держится.

Термохимия и экзотика: плазменное напыление

Термохимия - TiN, Al2O3. Плазменное - для экстремальных нагрузок. Цвет TiN - золотой, твердость 2000 HV. Напыление HVOF - скорость 500 м/с.

Лопасти турбины: WC-Co 0,2 мм, температура 800°C держит. Оxидирование сталей - Fe2O3 синий. Редко, но надежно.

• Нитроцементация: N и C, 500-600°C, твердость 900 HV.
• Плазменное: Al2O3, 10-100 мкм, для абразива.
• PVD: TiN вакуум, 400°C, декор + защита.

Когда метод решает все

Виды обработки подбирают по стали и задаче. Механика для Ra, химия для чистоты, гальваника для барьера. Осталось CVD и лазер - для high-tech, но на заводе реже. Думать о допусках IT6-IT4 и контроле микроскопом. Без этого - брак и рекламации.