CC BY
89
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (39), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 621.785.5
ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЧИЗЕЛЬНЫХ ОРУДИЙ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
Л.В. Костылева, доктор технических наук, профессор Д.С. Гапич, доктор технических наук, доцент
И.Б. Борисенко, доктор технических наук, старший научный сотрудник
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье рассмотрены проблемные вопросы эксплуатации рабочих органов чизельных орудий, обоснована технология их изготовления литьем из серого чугуна с отбелом рабочей кромки.
Ключевые слова: долото, рабочий орган, чизельный плуг, серый чугун с локальным отбелом, износостойкость.
Рабочие органы чизельных почвообрабатывающих орудий при эксплуатации испытывают интенсивный абразивный износ с высокими контактными давлениями. В наиболее тяжелых условиях работают долота, которые изготавливают из стали, различными способами упрочняя всё долото или только его рабочие кромки. Для сталей с повышенным содержанием углерода применяют закалку ТВЧ или объемную закалку с низким отпуском.
Конструктивно различают долота с фронтальным креплением - они имеют плоскую форму (рис. 1а), и долота, выполненные в виде чулка или креплением полосы долота посредством сварки на боковые кронштейны (рис. 1б).
Необходимость использования сварки при изготовлении долот плуга с креплением на боковые кронштейны ограничивает содержание углерода (<0,4 %) в стали, что резко снижает твердость и износостойкость закаленных изделий.
ООО «Энерготехмаш-Агро» освоил изготовление долот с рабочей поверхностью из свариваемой износостойкой стали Hardox400. Данный вид стали официальные дилеры фирмы SSAB Oxelosund позиционируют как чрезвычайно устойчивую к любым видам износа, и, действительно, она широко применяется в карьерной горнодобывающей и строительной технике. Однако, потребители отрицательно отзываются о долотах из стали Hardox400, на завод поступило несколько рекламаций.
а б
Рисунок 1 - Конструктивные особенности фронтального (а) и бокового (б) крепления
долота 2 на стойку 1 чизельного плуга
176
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (39), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Листовая сталь Hardox400 состава: 0,14 % С, 0,70 % Si, 1,60 % Mn, 0,3 % Cr, 0,25 % Ni, 0,25 % Mo, 0,004 % B, 0,010 % S, 0,025 % P, в состоянии поставки имеет твердость в пределах 370-430 НВ и сохраняет свои свойства при нагреве не выше 250 °С.
Наработка опытных долот, при проведении натурных полевых испытаний в УНТ ЦП «Горная Поляна», составила всего 4 га, при этом линейный износ режущей кромки достиг более 20 мм. Распределение твердости на рабочей пластине долота после испытаний показано на рисунке 2.
Рисунок 2 - Твердость поверхностного слоя и износ долота чизельно-отвального орудия
Измерения показали заметное снижение твердости в изношенной части долота, по сравнению с поверхностью, не подвергавшейся износу, и несколько меньшее снижение твердости в центральной части рабочей пластины, где износ был меньше. Твердость внутренних областей пластины на нижнем пределе заявленного диапазона 370...430 НВ, как это следует из результатов полевых испытаний, очевидно, недостаточна для условий эксплуатации долота. Повысить твердость режущей части можно за счет упрочнения поверхностного слоя износостойкими материалами. Исследование широкого диапазона износостойких материалов и покрытий, выполненное в работе [4], показало, что наибольшей износостойкостью обладают металлокерамические покрытия ВК8 твердостью 17 ГПа, состоящие из частиц карбида вольфрама WC в кобальтовой связке и наплавки из белого чугуна ЧХ9Г2Ф6Ю твердостью 68HRC. Износостойкость закаленных сталей и других распространенных наплавок и покрытий в несколько раз ниже. Как правило, все рассматриваемые методы упрочнения отличаются достаточно высокой трудоемкостью, сложностью и высокой себестоимостью.
Нами было предложено изготовление корпусного долота плуга литьем из серого чугуна с частичным отбелом рабочей кромки и поверхности, по которой движется пласт земли при обработке.
Достоинством такой литейной технологии является совмещение в одной технологической операции формообразования и упрочнения рабочей части детали. Фасонная корпусная отливка может быть получена заливкой чугуна в одноразовую песчаноглинистую форму или в облицованный кокиль. Высокая износостойкость долота достигается отбелом его рабочей части с помощью холодильника, вставленного в форму, или за счет отсутствия облицовки в соответствующей зоне кокиля. Сильное переохлаждение жидкого чугуна в контакте с холодильником или с металлической поверхностью кокиля вызывает кристаллизацию метастабильной эвтектики, и она в отбеленной части отливки приобретает структуру ледебурита, с твердостью не ниже 64 HRC. При этом основной объём чугуна кристаллизуется в стабильной системе с образованием аустенитно-графитной эвтектики и после полного охлаждения должен иметь перлитную металлическую основу, что обеспечивает хорошую обрабатываемость отливки резанием.
177
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (39), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Прочность в основной массе корпуса долота на уровне низкоуглеродистой стали обеспечивается применением серого чугуна со степенью эвтектичности
S = 0.83 - 0.88%.
c
Степень эвтектичности отражает долю эвтектики, которая может образоваться в первичной структуре чугуна при равновесной кристаллизации, остальной объём занимают дендритные кристаллы первичного аустенита.
Влияние химического состава на степень эвтектичности [1] определяется выражением
S =
c
%C
4.3 - 1 (%Si + % P)
Вместе с тем, соотношение первичного аустенита и эвтектики зависит не только от химического состава, но и от скорости охлаждения, а, следовательно, от толщины стенки. Поэтому в структуре тонкостенных отливок из чугуна с S = 0.83 — 0.88%,
С
эвтектики образуется значительно меньше, чем 83-85 %, а более 45 % объёма занимают дендриты первичного аустенита.
Первичные дендриты представляют собой тонкие разветвленные кристаллы металлической фазы, в которых никогда не присутствует графит. Длина дендритов соизмерима с толщиной стенки.
По химическому составу и механическим свойствам дендритные ветви, имеющие перлитную микроструктуру, приближаются к лучшим сортам пружинной стали и выполняют в чугуне армирующую роль, превращая его в волокнистый композит. Эффект композитного упрочнения резко снижается, если происходит графитизация эвтек-тоидного цементита и в микроструктуре дендритных ветвей появляется феррит [3].
Основным графитизирующим компонентом чугуна является кремний. В силу обратной микроликвации, кремний сегрегирует в первичные дендриты с эффективным
коэффициентом распределения kЭф = 1,6, т.е. при среднем содержании в чугуне
С = 2,5%, в дендритных ветвях его содержание будет
СЭ = kS£S = 4,0%,
в остальном металле (в эвтектической составляющей) -
1 — kSi Д
СЭ = СЭ------= 1,27%,
1 - Д
где Д - объемная доля дендритной составляющей [2].
Чтобы избежать графитизации эвтектоида и появления феррита, низкую эвтек-тичность чугуна для долота необходимо получать за счёт снижения содержания не углерода, а кремния до уровня ~1,7-1,8 %.
Для того чтобы вне отбеливаемых зон долота графитизация эвтектики при низком содержании кремния происходила в полном объеме, необходимо сбалансировать содержание марганца, снизив его до уровня ~0,25 % [5].
В отбеленной части долота из чугуна такого состава образуется структура ледебурита (рис. 3а) с твердостью 64-66HRC. В основном теле отливки с толщиной стенки 8-10 мм формируется структура тонкодисперсного перлита с графитовыми включениями мелких и средних размеров (рис. 3 б, в).
178
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (39), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
а б в
Рисунок 3 - Микроструктура отбеленной части (а) и основного тела (б, в) отливки долота чизеля из чугуна СЧ30
Таким образом, в отливках долота из низкокремнистого серого чугуна со сбалансированным содержанием марганца за счет реализации эффекта композитного упрочнения первичными дендритами, имеющими структуру тонкодисперсного перлита, достигается прочность не менее 330 МПа при твердости не выше 270 НВ, а износостойкость обеспечивается формированием структуры ледебурита в рабочей части путем локального отбела.
Библиографический список
1. Новиков, В. С. Обеспечение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин [Текст]: дис. ...докт. техн. наук: 05.20.03 / Новиков Владимир Савельевич. -
Москва, 2008. - 460 с.
2. Гиришович, Н.Г. Справочник по чугунному литью [Текст]/ Н. Г. Гиршович. - Л.: Машиностроение, 1978. - 758 с.
3. Перспективы формирования в чугунных отливках структуры и свойств композиционного материала [Текст]/ М. Н. Литвиненко, В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, В. В. Тищенко // Литейное производство.- 1994. - № 12.
4. Ильинский, В. А. Композитное строение чугуна и связь между его вторичной и первичной структурами [Текст]/ В. А. Ильинский, А. А. Жуков, Л. В. Костылева // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1986. - №7.
5. Отливки из серого чугуна для тракторов и сельскохозяйственных машин. ОСТ 23.4.258-86. Общие технические условия [Текст]/ В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, О. А. Пожидаев / Госстандарт, 1986.
E-mail: gds-08@mail.ru
УДК 631.674.6
ВЛАГОПЕРЕНОС ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ
Е.А. Ветренко, кандидат технических наук В.В. Некрасова, аспирант
Волгоградский государственный аграрный университет
Рассматриваются решения уравнения влагопереноса при капельном орошении при наличии и отсутствии функции источника при одной и двух подвижных границах.
Ключевые слова: влагоперенос, капельное орошение.
179
