CC BY
40
УДК 620.178:621.793.74
Г. И. СУПРУНОВ Б. Е. ЛОПАЕВ
Омский научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей
Омский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ТЕХНИКИ И КОМБИКОРМОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ТРЕНИИ В СВОБОДНОМ АБРАЗИВЕ
Проведен выбор оптимального состава упрочняющего покрытия для плазменно-дугового напыления деталей почвообрабатывающей техники и комбикормового оборудования. Для повышения их износостойкости предложено использовать порошок состава НХ17СР4+ФБХ6-2.
Ключевые слова: плазменно-дуговое напыление, порошковый материал, интерметаллидные соединения, самофлюсующиеся сплавы, износостойкость, плазмообразующий газ.
Применяемые традиционно способы индукционной и алектродуговой наплавки износостойких материалов на рабочие органы почвообрабатывающей сельхозтехники и комбикормового оборудования, работающие в условиях абразивного износа, не всегда обеспечивают достаточный срок их службы. Кроме того, эти способы трудоемки, особенно в случае требуемой размерной механической обработки наплавленных деталей.
Альтернативным решением для упрочнения данных деталей может быть способ плазменно-дугового напыления (1,2, 3|, позволяющий наносить износостойкие покрытия толщиной I мм с погрешностью до 0,1 мм. При этом исключается последующая механическая обработка.
Номенклатура износостойких порошковых материалов, выпускаемых для плазменно-дугового напыления, насчитывает несколько десятков марок - от простых металлов и сплавов до интерметаллидных соединений и сложнолегированных самофлюсующих-сятвердых сплавов и их смесей |4,5|.
Однако выбор оптимального состава покрытия для плазменно-дугового напыления деталей, работающих в условиях трения в свободном абразиве (почва, зерно, комбикорм), затруднен из-за отсутствия достоверных данных об их износостойкости в данных условиях эксплуатации. Поэтому целью работы является выбор материала покрытия, обладающего наибольшей износостойкостью в условиях трения при работе деталей сельскохозяйственной техники.
Другой задачей представленной работы было создание установки и методики испытаний, учитываю* щих реальные условия работы деталей. Исходя из этого была сконструирована специализированная установка для исследования на износостойкость при трении покрытий в среде свободного абразива (рис.
1). Она представляет собой герметично закрывающийся цилиндрический сосуд объемом 2 л, внутри
которого по оси расположен пал с радиальными резьбовыми отверстиями для крепления посредством шпилек образцов исследуемых материалов покрытий размером 20x20x6 мм в количестве 20 штук. Образцы устанавливаются в плоскости вращения под различными углами атаки: от 0*до 90*. Скорость скольжения испытуемой поверхности образцов относительно абразива обеспечивается регулируемым электроприводом и может составлять 0,5...5 м/с. В качестве абразива, для ускоренных испытаний используется электрокорунд нормальный марки 24А, зернистость 100... 125.
Средняя скорость изнашивания оценивалась по уменьшению массы образцов за определен ное время испытаний. Взвешивание образцов до и после испытаний производилось на весах модели ВАР-200 с погрешностью не болеее 0,15 мг.
Установка позволяет изменять как состав абразивной среды, в которой вращаются испытуемые образцы, так и скорость скольжения с углом атаки, что позволяет достаточно точно имитировать реальные условия работы конкретных деталей.
Выбранные для исследования покрытия (табл. I) наносились плазменно-дуговым напылением на установке «Киев-7» с использованием в качестне плазмообразующего газа смеси воздуха с пропан-бутаном. Оплавление покрытий из самофлюсующихся твердых сплавов производилось кислородно-ацетиленовой горелкой восстановительным пламенем. Для сравнения часть образцов имела индукционную наплавку сормайтом марки ПГ-С1. Кроме того, испытывались образцы конструкционных сталей, прошедшие стандартную химико-термическую обработку к закалку.
Из результатов испытаний, представленных на диаграмме (рис. 2), следует, что наибольшей износостойкостью обладаетоплавленное плазменное покрытие из механической смеси самофлюсующего твердого сплава на никелевой основе (ПР-НХ17СР4) и износостойкого сплава на основе железа (ФБХ-6-2).
:ТРО«НИІ И МАШИЖШДЕМИІ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТИИК МІ 1 ап. 2009
С р.1 шипели ын н них остонкость образцов плазменных покрытий, наилапок и конструкционных материалов при трении в среде свободного абразива
N9 Материал покрытия Средний износ за время испытаний, мг Средняя скорость изнашивания. маЛНО*
1 85% ПР-НХ17СР4 ♦ 15% ПГ-Ю5Н 0,97 19,4
2 ПС-12НВК-0.1 (оплавление) 0,40 8.0
3 ПР-НХ17СР4 (оплавление) 0.32 6.4
4 ПР-НХ17СР4 ♦ ФБХ6-2 (оплавление) 0,18 3.6
5 Оксид алюминия (электрокорунд 24А, шлифпорошок М50-Н) 0.56 11.2
6 Оксид хрома марки ОХН-1М 0,50 10,0
7 Сормайт ПГ-С1 (индукционная наплавка) 0.55 11
8 Конструкционные износостойкие материалы сталь 20 (цементация ♦ закалка) 0.75 15
9 Сталь 95X18 (закалка) 0.96 19.2
Примечания: I. Абразив — элсктрокорунд нормальный марки 24А. зернистость N«100 по ГОСТ 3647-80; 2. Относительная скорость скольжения образцов в среде абразива V*! .5 м/с (п - 300 об/мни);
3. Угол атаки поверхности трения образцов а ■ 45‘; 4. Нремя испытаний - 50 часов;
5. Величина среднего износа определялась по результатам испытаний 4-х образцов каждого материала.
Рис. 1. Установка для испытания износостойкости покрытий в условиях трения в свободном абразиве: I - привод; 2 - корпус; 3 - шпильки; А - образцы исследуемых материалов; 5 - вал
25
•V
■С
а
«г- 20
о.
О
15
10
ц.
4 5 6
Материалы покрытий
Рис. 2. Скорость изнашивания защитных покрытий в зависимости от материала и способа их нанесения
Это объясняется ноны шеи и ым в нем (по сравнению с серийными самофлюсующнмися сплавами) содержанием карбоборидов хрома при достаточной вязкости вследствие высокого содержания N1 (до 40%), которая предотвращает образование трещин и хрупких сколов покрытия. Покрытия с такими характеристиками идеально подходят для упрочнения лезвий плугов и лап культиваторов. При этом технология плазменно-дугового напыления позволяет получать качественные износостойкие слои толщиной 0,2...0,3 мм, что в условиях самозаточки с образованием острой кромки обеспечивает заметное снижение необходимого тягового усилия трактора, а следовательно, и экономию дизельного топлива.
Если проводить комплексную оценку эффективности износостойких покрытий в комбинации: «цена-качество», то. как следует из результатов испытаний, такими являются покрытия на основе оксидной керамики, которые по износостойкости не уступают сормайту, но в несколько раз его дешевле. Единственное эксплуатационное требование к таким покрытиям - отсутствие уларов и значительных упругих деформаций детали (не более 2%). Этим требованиям вполне отвечают массивные детали зерноперерабатывающего и комбикормового оборудования. Кроме того, при электродуговой наплавке сормайта вследствие неравномерной толщины наплавленного слоя, а следовательно, и значительного (более 1 мм) припуска, требуется размерная обработка эльборовымн или алмазными шлифовальными кругами. В то время как плазменное оксидное покрытие заданной толщины наносится на заготовку детали до достижения ее чертежного размера с погрешностью до 0.1 мм.
Эксплуатационные испытания деталей комбикормового оборудования с оксидными покрытиями из электрокорунда марки 24 А толщиной 0,5...0,7 мм показали их высокую эффективность. Срок службы деталей увеличился в 1,5...2 раза по сравнению с деталями, упрочненными по стандартной технологии химико-термической обработки (нитроцемонтации), и достиг уровня наплавленных сормайтом с последующей размерной шлифовкой. Однако последняя технология электродуговой наплавки по себестоимости
и трудоемкости почти на порядок выше плазменно-дугового напыления оксидной керамикой.
Упрочненные плазменно-дуговым напылением с последующим газопламенным оплавлением смеси порошков ПР-НХ17СР4 + ФБХ-6-2, лапы культиватора, обеспечили обработку 80 га земли, вместо полагающихся по ГОСТу 20 га, причем экономия дизельного топлива составила 12%.
Таким образом, выбранный состав порошка для напыления позволяет повысить износостойкость органов почвообрабатывающей техники до 4 раз, а деталей комбикормового оборудования - в 2 раза.
Библиографический список
1. Донской. А.В. Электроплаэменные процессы и усглновки в маши построен и и / Ю.С. Борисов. B.C. Клуб-никнн. - Л. : Машиностроение, 1979. - 221 с.
2. Кудинов. В.В. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий / В.В. Кудинов. В М. Иванов. - М : Машиностроение, 1985. - 239 с.
3. Усов. Л.Н. Применение плазмы для получении высокотемпературных покрытий / Л.Н. Усов, А.И. Борисенко. - М.:Л. : Наука, 1965. - 87 с.
4. Борисов, Ю.С. Газотермические покрытия из порошковых материалов : справочник / Ю.С. Борисов, Ю.А. Харламов, С.А. Сидоренко, Е.Н. Ардатовская. -Киев : Паукова думка. 1987. — 543 с.
5 Порошки металлические легированные для защитных покрытий : информ. листок / НПО «Тулачермет». — Тула. 1983. - 10 с.
СУПРУНОВ Геннадий Иванович, старший научный сотрудник лаборатории плазменных покрытий, Омский научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей. ЛОПАЕВ Борис Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент кафедря «Оборудование и технология сварочного производства» Омского государственного технического университета.
Дата поступления статьи в редакцию: 20.03.2009 г.
© Супрунов Г.И., Лопаев Б.Е.
Книжная полка
Практикум по организации и планированию машиностроительного производства. Производственный менеджмент [Текст!: учеб. пособие для вузов по машиностроит. и приборостроит. специальностям / Е. В. Алексеева (и др.|; под ред. Ю. В. Скворцова. - 2-е изд., нспр. - М.: Высш. шк., 2008. - 430, [1] с.: рис., табл. -Бнблиогр.: с. 430-431. - ISBN 978-5-06-005950-4.
Практикум призван помочь студентам в изучении и освоении проблем организации и плакирования современного машиностроительного производства, привить навыки самостоятельного решения организационно-технических вопросов. В практикуме приведен необходимый методический материал, рассмотрены примеры решения задач, предложены задачи для самостоятельного решения. Для закрепления знаний в области организации и планирования производства разработаны курсовые работы (домашние задания) по отдельным темам.
ОМССИЙ НАУЧНЫЙ МСТИИК 1 (77). 3009 МАШИИОС1КМИИ1 И МАШИНО»ЕА1НИ1
