CC BY
70
ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
УДК 519.711.3:621.793:631.3.022 В.И. Черноиванов, С.А. Соловьев, В.Ф. Аулов,
А.В. Ишков, Н.Т. Кривочуров, В.В. Иванайский, А.В. Соколов, А.Ю. Головенко, К.Э. Загороднов V.I. Chernoivanov, S.A. Solovyev, V.F. Aulov, A.V. Ishkov, N.T. Krivochurov, V.V. Ivanayskiy, A.V. Sokolov, A.Yu. Golovenko, K.E. Zagorodnov
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ УПРОЧНЯЮЩИХ БОРИДНЫХ ПОКРЫТИЙ ТРОЙНОЙ СИСТЕМЫ Fe-B-FenB ДЛЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СЕЛЬХОЗМАШИН
MATHEMATICAL MODELING OF THE FORMATION OF COMPOSITE HARDENING BORIDE COVERINGS OF TRIPLE SYSTEM Fe-B-FenB FOR AGRICULTURAL MACHINERY PARTS
Ключевые слова: ТВЧ-нагрев, процесс скоростного ТВЧ-борирования, композиционное упрочняющее покрытие, тройная система Fe-B-FenB, математическое моделирование, полный факторный эксперимент.
Проведены экспериментальные исследования процесса получения изолированных композиционных упрочняющих боридных покрытий тройной системы Fe-B-FenB при ТВЧ-нагреве образцов из стали 65Г, предназначенных для повышения износостойкости рабочих органов сельхозмашин (ножи кор-модробилок; лемеха культиваторов; стрельчатые
лапы сеялок, дисковые и анкерные сошники почвообрабатывающих комплексов и др.). Покрытия были получены из обмазок на основе порошковых смесей, содержащих технический карбид бора B4C (5-20 мас.%) и плавленый боратный флюс для индукционной наплавки П-0,66. Математическое моделирование осуществлено построением и последующей оптимизацией экспериментальных уравнений регрессии основных факторов процесса: температуры ТВЧ-нагрева, времени борирования и скорости ТВЧ-борироваия, с выбором в качестве целевых функций относительной износостойкости покрытий и их толщины. Оптимизация осуществля-
лась в два этапа методом полнофакторного эксперимента по ортогональным планам 32 и 23. Рабочая математическая модель плана 32, которая может служить для прогнозирования износостойкости и толщины реального боридного покрытия на рабочем органе сельхозмашины, выполненном из стали 65Г, с вероятностью 0,95 и доверительным интервалом ±5%, представляет собой систему полиномиальных уравнений 3-й степени. Графическое отображение поверхности отклика целевой функции толщины покрытия h, полученное по плану 23 для оптимальной температуры процесса 1100-1250оС в точке пинча, позволило определить, что изменение содержания флюса в интервале 10-14 мас. %, а времени ТВЧ-нагрева — в интервале 90-120 с приводит к получению на стали композиционного упрочняющего боридного покрытия с гарантированной толщиной до 300 мкм.
Keywords: RFC-heating, high-speed RFC-bora-ting process, composite hardening coverings, triple system Fe-B-FenB, mathematical modeling, full factorial experiment.
An experimental study of the formation of isolated composite hardening boride coverings of triple system Fe-B-FenB was conducted at RFC-heating of samples from 65Mn steel, intended to improve wear resistance of agricultural machinery parts (feed mill
Черноиванов Вячеслав Иванович, д.т.н., проф., академик РАН, советник РАН, Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ), г. Москва. Тел.: (499) 174-83-05. E-mail: [email protected]. Соловьев Сергей Александрович, д.т.н., проф., директор, ГОСНИТИ, г. Москва. Тел.: (499) 171-37-27. E-mail: [email protected]. Аулов Вячеслав Федорович, к.т.н., зав. лаб. № 21, ГОСНИТИ, г. Москва. Тел.: (499) 174-83-04. E-mail: [email protected]. Ишков Алексей Владимирович, к.х.н., д.т.н., зав. Барнаульским сектором лаб. № 21 ГОСНИТИ, проф., каф. ТКМиРМ, Алтайский государственный аграрный университет. Тел./факс: (3852) 62-83-80. E-mail: [email protected]. Иванайский Виктор Васильевич, д.т.н., с.н.с., проф., каф. ТКМиРМ, Алтайский государственный аграрный университет. Тел./факс: (3852) 62-83-80. E-mail: [email protected]. Кривочуров Николай Тихонович, к.т.н., доцент, зав. каф. ТКМиРМ, Алтайский государственный аграрный университет. Тел./факс: (3852) 62-83-80. E-mail: [email protected]. Соколов Андрей Викторович, аспирант, Алтайский государственный аграрный университет. E-mail: [email protected].
Головенко Артем Юрьевич, студент, Алтайский государственный аграрный университет. Загороднов Кирилл Эдуардович, студент, Алтайский государственный аграрный
университет.
knives; tiller shares; sweeps of seeders, disk and hoe boots of tillers, etc.). The coverings were prepared from a powdered plaster mixtures containing technical boron carbide B4C (5-20 wt. %) and fused borate flux for induction-welding P-0.66 (in Russian). Mathematical modeling was performed by the construction and subsequent optimization of the experimental regression equations of the major factors of the process: RFC-heating temperature, the time and speed of RFC-borating process; the relative wear resistance of coverings and their thickness were the criterion functions. The optimization was carried out in two stages by full factorial experiment in the orthogonal plans 32 and 23. The working mathematical model of plan 32, which may be used to predict the durability and thickness of real boride coating on a part of agricultural machinery made of steel 65Mn with a probability of 0.95 and confidence interval of ± 5% is a system of polynomial equations in 3rd degree. A graphical representation of the response surface of the criterion function of covering thickness h received by the plan 23 for optimum process temperature 1100-1250°C in pinch-point allowed determining that the change in the flux content in the interval 10-14 wt. %, and the time of RFC-heating from 90-120 s results in the formation of guaranteed boride covering with the thickness up to 300 microns on the steel.
Chernoivanov Vyacheslav Ivanovich, Dr. Tech. Sci., Prof., Member of Rus. Acad. of Sci., All-Russian Research and Technological Institute for Ag Machinery, Moscow. Ph.: (499) 174-83-05. E-mail: [email protected].
Solovyev Sergey Aleksandrovich, Dr. Tech. Sci., Prof., Director, All-Russian Research and Technological Institute for Ag Machinery, Moscow. Ph.: (499) 171-37-27. E-mail: [email protected]. Aulov Vyacheslav Fedorovich, Cand. Tech. Sci., Head. Lab. 21, All-Russian Research and Technological Institute for Ag Machinery, Moscow. Ph.: (499) 174-83-04. E-mail: [email protected]. Ishkov Aleksey Vladimirovich, Cand. Chem. Sci., Dr. Tech. Sci., Head. Barnaul Sector, Lab. 21, All-Russian Research and Technological Institute for Ag Machinery; Prof., Head of Chair of Technology of Design Materials and Machinery Repair, Altai State Agricultural University, Ph. / fax: (3852) 62-83-80. E-mail: [email protected].
Krivochurov Nikolay Tikhonovich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Head, Chair of Technology of Design Materials and Machinery Repair, Altai State Agricultural University. Ph./fax: (3852) 62-83-80. E-mail: [email protected].
Ivanayskiy Viktor Vasilyevich, Dr. Tech. Sci., Senior Staff Scientist, Prof., Chair of Technology of Design Materials and Machinery Repair, Altai State Agricultural University. Ph./fax: (3852) 62-83-80. E-mail: [email protected].
Sokolov Andrey Viktorovich, Post-Graduate Student, Altai State Agricultural University. E-mail: [email protected].
Golovenko Artem Yuryevich, student, Altai State Agricultural University.
Zagorodnov Kirill Eduardovich, student, Altai State Agricultural University.
Введение
Продление срока службы, повышение надежности, восстановление и реновация различных деталей и узлов машин путем их упрочнения, нанесения различных износостойких и функциональных покрытий является актуальной задачей современного машиностроения [1]. В полной мере это относится и к таким быстроизнашивающимся деталям, как рабочие органы (РО) сельхозмашин (ножи кормодробилок; лемеха культиваторов; стрельчатые лапы сеялок, дисковые и анкерные сошники почвообрабатывающих комплексов и др.) [2]. Эти детали сельскохозяйственных машин работают в тяжело нагруженных условиях, контактируют своими рабочими поверхностями не только с металлом, смазкой или перерабатываемой биомассой, но и непосредственно с окружающей средой, при этом часто подвергаясь суточной и сезонной смене температур, что приводит к их повышенному износу, коррозии и сокращению сроков эксплуатации машины. Считается, что ресурс РО должен быть приближен к сроку эксплуатации машины до очередного (сезонного) технического обслуживания или ремонта, что и достигается их упрочнением различными способами [3].
В настоящее время наибольшее распространение получило упрочнение РО путём индукционной наплавки твёрдых сплавов и белых чугунов [4, 5], а также упрочнение химико-термической обработкой [6]. Однако первый способ характеризуется высокой стоимостью наплавляемых материалов, трудоёмкостью и наличием ярко выраженной границы раздела между поверхностью детали и износостойким покрытием, а второй — длительностью (2-8 ч), малой толщиной покрытия, высокими требованиями к персоналу и высокой стоимостью оборудования и оснастки.
Ранее нами был разработан новый способ упрочнения РО при скоростном ТВЧ-борировании, который позволяет получать на поверхности стальной детали слой композиционных упрочняющих боридных покрытий тройной системы FenB-Fe-B, толщиной 350-600 мкм за время 1-2 мин. [7]. У изолированных покрытий были исследованы структура, фазовый состав и некоторые свойства, определены их типичная морфология и химический состав упрочняющих фаз. Совокупность найденных параметров композиционных боридных покрытий показала их перспективность для упрочнения РО [8]. Однако сложный, интегральный характер физико-химических процессов, ответ-
ственных за их формирование, возможное подплавление основной детали и окисление покрытий в процессе получения усложняют техническую и технологическую реализацию этого способа [9].
Поэтому оптимизация процесса получения таких покрытий и создание его математической модели необходимы для разработки промышленной технологии упрочнения.
Целью работы являлась разработка математической модели процесса получения композиционных боридных покрытий системы Fe-B-FenB на рабочих органах сельхозмашин, выполненных из стали 65Г, пригодной для оптимизации и последующей разработки технологий упрочнения.
Экспериментальная часть
Композиционные упрочняющие покрытия тройной системы Fe-B-FenB получали на образцах, размером 20x50x5 мм, вырубленных из проката стали 65Г по ГОСТ 14959-79 при ТВЧ-нагреве. ТВЧ-нагрев образцов осуществляли на промышленном высокочастотном инверторе ЭЛСИТ-100/20-70 в водоохлаждаемом индукторе, выполненном из медной трубки 0 5 мм.
Образцы покрывали обмазкой на основе порошковых борирующих смесей, состоящих из технического карбида бора B4C (5-20 мас.%) и плавленого боратного флюса для индукционной наплавки П-0,66 (остальное) [4], содержащего прокаленную буру ^^^^ борный ангидрид B2Oз, сили-кокальций CaSi2 и сварочный флюс АН-348А, при следующем соотношении компонентов, мас. %: 30, 20, 10, 40. Обмазку готовили на жидком стекле (2-5 мас.%), вводя его в состав за счет уменьшения доли флюса.
Температуру и скорость ТВЧ-нагрева определяли с помощью калиброванной ХА-термопары, подключенной по дифференциальной схеме к мультиметру DT830B, помещая ее холодный спай в лед с водой при Т = 0оС.
Толщину полученных покрытий определяли на поперечных шлифах с помощью от-счетного окуляра прибора ПМТ-3 металлографическим методом по ГОСТ 9.302-88. Износостойкость покрытий определяли по ГОСТ 23.208-79 при трении о нежестко закрепленный абразив на лабораторной установке, в сравнении с эталоном. В качестве эталона использовали образец из закалённой стали 65Г с твёрдостью 56-58 HRCэ.
Обработку экспериментальных данных, их статистический анализ и планирование
эксперимента проводили в среде программного прикладного ПО Statistica v. 10 и в программе Excel пакета Microsoft Starter 2010. При разработке математической модели использовали методы полного факторного эксперимента (ПФЭ) и определяли дисперсии опытов, однородность дисперсий по G-критерию Кохрена, значимость коэффициентов регрессии математической модели сравнением с их доверительным интервалом с учетом /-критерия Стьюдента, адекватность модели — с помощью F-критерия Фишера [10].
Результаты и их обсуждение
Так как основная масса современных РО отечественных и зарубежных сельхозмашин выполнена из марганцовистых, хромистых и хромо-марганцовистых конструкционных легированных сталей 65Г, 40Х, 45Х, 50ХГА и их аналогов [11], для оптимизации процесса получения таких покрытий была выбрана сталь 65Г.
Математическое моделирование проводилось в два этапа. Сначала была проведена оптимизация процесса получения изолированных упрочняющих композиционных боридных покрытий тройной системы Fe-B-FenB на стали 65Г по усеченному ортогональному плану ПФЭ типа 32 [9], когда в качестве основных влияющих факторов рассматривались: температура ТВЧ-наг-рева, время борирования и скорость нагрева, в качестве целевых функций — относительная износостойкость и толщина бо-ридного покрытия. После отыскания оптимальных значений температуры, времени и скорости ТВЧ-нагрева процесс оптимизировался по насыщенному отогональному плану ПФЭ 23 [10], когда в качестве основных влияющих факторов рассматривались содержание флюса П-0,66 в борирующем составе и время выдержки образца при оптимальной температуре борирования, а в качестве целевой функции — толщина бо-ридного покрытия.
Первый этап. Для борированных образцов стали 65Г были построены экспериментальные уравнения регрессии, связывающие основные параметры скоростного ТВЧ-борирования (температура нагрева, время выдержки при заданной температуре, скорость нагрева и пр.) с целевыми функциями — толщиной h и относительной износостойкостью е получающихся покрытий.
Для определения достоверных показателей разрабатываемой математической (статистической) модели и исключения влияния систематических ошибок, вызванных внешними условиями, была выбрана трёхкратная повторность опытов, проведение опытов ранжировалось по времени и порядку проведения при помощи таблицы случайных чисел. Полученные значения целевых функций И, е приведены в таблице 1.
Таблица 1 Средние значения целевых функций по результатам лабораторных опытов (п = 3, Р = 0Г95)
№ опыта Среднее значение целевой функции № опыта Среднее значение целевой функции
е h, мкм е h, мкм
1 14,07 378 5 7,52 150
2 13,05 205 6 4,09 2
3 12,4 4 7 1 0
4 1 0 8 1 0
Области и интервалы варьирования различных факторов для ПФЭ плана 32 приведены в таблице 2. Относительная износостойкость е использовалась как основной параметр оптимизации, а толщина упрочнённого слоя И — как ограничение. В качестве факторов были выбраны температура нагрева Т, 0С, время процесса борирования t, с, и скорость нагрева V, 0С/с.
Теоретически модель, которую можно построить по результатам полного факторного эксперимента плана 32, может содержать до 8 членов и иметь вид следующего полинома [10]:
у = Ь0 + Ь1 х1 + Ь2 х2 + Ь3 х3 + Ь12 х1 х2 +
+ bj3 Xj x3 + b23 x2 x3 + bi23 xi x2 x3
(1)
или в общем виде:
у = I ь1а2р-х а X 2,
1<а<2 1<в<2
где а, в — индексы.
Ортогональная матрица планирования и среднее значение результатов опытов, для оценки вида целевой функции относительной износостойкости получаемого борид-ного покрытия е, представлены в таблице 3, а для функции толщины покрытия — в таблице 4.
Таблица 2
Области и интервалы варьирования факторов модели
Наименование фактора Кодированное обозначение Значение факторов в натуральном масштабе
Т, 0С t, с V, 0С/с
Температура ТВЧ-нагрева Х1 - - -
Время процесса борирования при ТВЧ-нагреве Х2 - - -
Скорость ТВЧ-нагрева х3 - - -
Основной уровень 0 1050 45 33,5
Интервал варьирования (ДХ^ Д, 100 30 7
Верхний уровень + 1 1100 60 37
Нижний уровень -1 900 30 30
После расчета коэффициентов значимости, дисперсий, критериев однородности и проверки адекватности в результате проведения ПФЭ плана 32 и статистической обработки нами была получена математическая модель для целевой функции относительной износостойкости получаемого композиционного упрочняющего боридного покрытия в зависимости от параметров: температуры нагрева Т, 0С, времени бориро-вания t, с, и скорости ТВЧ-нагрева V, 0С/с, в виде следующего уравнения регрессии:
е = 6,822 +1,925 • х, + 2,972 ■
Х2 +
+ 3,42 • х3 -0,925 •
Х2 +
+1,068 • х
х3 + 0,57 • х2
х3 -1,783 • х1
, (2)
где е — относительная износостойкость боридного покрытя;
И — толщина боридного покрытия; х1 — температура нагрева, С; х2 — время выдержки при заданной температуре;
с; х3 — скорость нагрева, 0С/с. Аналогичное уравнение для целевой функции толщины покрытия имеет вид:
h = 92,375 + 40,635 • х1 + 91,375 • х2 +
+ 54,375 • х3 + 39,625 • х1
+ х + 53,375 • х 2
х3 + 2,525 • хг
+ 3,725 • х1 +
х2 • х3 . (3) Относительную силу влияния отдельных факторов в модели определяли по принципу Парето [12], представляя их в виде диаграммы (пример для целевой функции относительной износостойкости боридного покрытия е приведен ниже).
Из анализа рисунка 1 следует, что наиболее сильное влияние на относительную износостойкость боридного покрытия оказывают скорость нагрева V и время выдержки при заданной температуре t, также заметное влияние оказывают температура нагрева Т и тройное взаимодействие этих факторов. Эффект же от двойного взаимодействия факторов выражен слабо. Корреляция между наблюдаемыми (экспериментальными) и модельными (предсказанными) значениями износостойкости приведена на рисунке 2.
Матрица планирования ПФЭ плана 32 и результаты опытов для целевой функции относительной износостойкости £
Таблица 3
х
№ п/п Значение факторов в натуральном масштабе Кодированное значение факторов Функция отклика (относительная износостойкость)
Т, 0С Ь с V, 0С/с х1 х2 х3 е
1 1100 60 37 + 1 + 1 + 1 14,07
2 900 60 37 -1 + 1 + 1 13,05
3 1100 30 37 + 1 -1 + 1 12,4
4 900 30 37 -1 -1 + 1 1
5 1100 60 30 + 1 + 1 -1 7,52
6 900 60 30 -1 + 1 -1 4,09
7 1100 30 30 + 1 -1 -1 1
8 900 30 30 -1 -1 -1 1
Таблица 4
Матрица планирования ПФЭ плана 32 и результаты опытов для целевой функции толщины боридного покрытия h
№ Значение факторов Кодированное значение Функция отклика (толщина
п/п в натуральном масштабе факторов упрочнённого слоя)
Т, 0С t, с V, 0С/с Х1 Х2 И, мкм
1 1100 60 37 + 1 + 1 + 1 378
2 900 60 37 -1 + 1 + 1 205
3 1100 30 37 + 1 -1 + 1 4
4 900 30 37 -1 -1 + 1 0
5 1100 60 30 + 1 + 1 -1 150
6 900 60 30 -1 + 1 -1 2
7 1100 30 30 + 1 -1 -1 0
8 900 30 30 -1 -1 -1 0
е = 537,938 - 0,557 • х1 -10,569• х2 -17,487 • х3 + + 0,011 • х1 • х2 + 0,018 • х1 • х3 + 0,339 • х2 • х3 -
Рис. 1. Относительная сила влияния
факторов и их взаимодействий на относительную износостойкость боридного покрытия 8
16
К
I 14
и
гз X 12
т
Ф 10
I
I 8
га
га
X б
£
01 а 4
□
2
0
О-
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Наблюдаемые значения
Рис. 2. Корреляция между предсказанными с помощью математической модели и полученными экспериментально значениями относительной износостойкости боридного покрытия е
Тогда рабочая математическая модель, которая может служить для прогнозирования износостойкости и толщины реального боридного покрытия на рабочем органе сельхозмашины, выполненном из стали 65Г, с вероятностью 0,95 и доверительным интервалом ± 5%, после отброса незначимых членов и перевода факторов из кодированных в естественные, будет представлять собой следующую систему уравнений:
- 0,0003 • х1 • х2 • х3,
(4)
h = 1206,143 - 0,376 • х1 - 37,633 • х2 -18,071 • х3 + + 0,010 • х1 • х2 - 0,012 • х1 • х3 + + 0,517 • х2 • х3 + 0,001 • х1 • х2 • х3.
Второй этап. Здесь в качестве факторов планирования нами были выбраны содержание флюса П-0,66 в борирующей смеси и время выдержки заготовки при заданной (оптимальной) температуре t, а в качестве целевой функции — толщина боридного покрытия И. Содержание основного бори-рующего агента В4С может не учитываться, так как его количество может быть легко отрегулировано за счёт изменения толщины обмазки. Оптимальная температура бори-рования, рассчитанная с использованием системы уравнений 4 и подтвержденная нами экспериментально, составила величину 1100-1250оС. Ортогональная матрица планирования ПФЭ плана 23 и результаты опытов представлены в таблице 5.
Теоретическая математическая модель, которую можно построить по результатам полного факторного эксперимента плана 23, может содержать до 9 членов и также иметь вид полинома 1.
После расчета коэффициентов значимости, дисперсий, критериев однородности и проверки адекватности в результате проведения ПФЭ плана 23 и статистической обработки нами была получена регрессионная математическая модель для толщины бо-ридного покрытия в зависимости от параметров: содержание флюса П-0,66 в бори-рующем составе и времени выдержки при заданной температуре Ь
Таблица 5
Матрица планирования ПФЭ плана 2 и результаты опытов для целевой функции толщины боридного покрытия
№ п/п Состав Член модели Функция отклика (толщина упрочнённого слоя И), мкм
доли единиц П-0,66, мас.% ^ с
х1 Х2
1 0 0 8 76 Ь0 293
2 1 0 14 76 402
3 2 0 20 76 ьих1 195
4 0 1 8 106 Ь2Х2 264
5 1 1 14 106 Ь1?Х1Х? 450
6 2 1 20 106 Ь112Х1 Х2 230
7 0 2 8 136 Ь??Х? 471
8 1 2 14 136 Ь127Х1Х?2 45
9 2 2 20 136 к У 2у 2 Ь1122Х1 Х2 20
h = 450-17,1 • х -178,3 • х2 -88,25• х1 • х2 -203,000 • х2 - 226,5 • х22 +179,25 • х2 • х2 -
-120,25 • х1 • х22 + 224,25 • х? • х22, (5) где И — толщина боридного покрытия;
х1 — содержание флюса П-0,66% по массе;
х2 — время выдержки при заданной температуре, с.
Анализ относительной силы влияния факторов по принципу Парето [12] показал, что все рассматриваемые факторы оказывают влияние на целевую функцию — толщину боридного покрытия, однако наименьшее влияние на И оказывает содержание флюса П-0,66 в составе порошковой смеси для борирования.
Рабочая математическая модель, которая может служить для прогнозирования толщины реального боридного покрытия на рабочем органе сельхозмашины, выполненном из стали 65Г, с вероятностью 0,95 и доверительным интервалом ± 5%, после отброса незначимых членов и перевода факторов из кодированных в естественные удобно представить в виде поверхности отклика указанной целевой функции в зависимости от изменения количества флюса и времени выдержки при заданной температуре процесса (рис. 3).
Как следует из рисунка 3, поверхность отклика функции И зависимости от содержания флюса и времени выдержки при оптимальной температуре ТВЧ-нагрева имеет сложный, седловидный профиль, указывающий на неоднозначный характер влияния этих факторов.
Так, в окрестности точки пинча найденной нами поверхности отклика при содержании флюса П-0,66 в борирующем составе от 11 до 16% мас. время выдержки при
оптимальной температуре ТВЧ-нагрева (1100-1250оС) в диапазоне от 70 до 125 с, не оказывает особого влияния на толщину покрытия, которая в данном случае находится в пределах от 400 до 500 мкм [12]. Увеличение же содержания флюса выше 16% мас. приводит к резкому снижению толщины боридного покрытия — вплоть до нуля, при этом контролируемое уменьшение содержания флюса в борирующей порошковой смеси позволяет получать толщину покрытия до 600 мкм в том случае, если время выдержки будет увеличиваться.
И, мкм
|0 -ъ
Рис. 3. Поверхность отклика целевой функции толщины покрытия на поле факторов содержания флюса П-0,66 и времени выдержки образца при оптимальной температуре ТВЧ-нагрева
Вместе с тем с точки зрения технологичности процесса скоростного ТВЧ-бо-рирования диапазон исследуемых параметров, при котором получается боридное покрытие толщиной от 300 до 400 мкм, составляет для количества флюса П-0,66 в
составе борирующей смеси — от 11 до 16 мас.%, для времени выдержки — от 70 до 125 с.
По результатам проведенного полнофакторного эксперимента нами также были проведены контрольные опыты, которые подтвердили зависимости (2)-(5), полученные выше.
Выводы
1. Установлено, что все исследованные характеристики скоростного ТВЧ-бори-рования (скорость нагрева, время выдержки при заданной температуре, температура нагрева) оказывают влияние на параметры процесса получения композиционных упрочняющих боридных покрытий в системе Fe-B-FenB.
2. Получены теоретические математические (статистические) модели (в виде полиномиальных уравнений регрессии 3-й степени), которые позволяют описывать зависимость таких целевых функций получающихся покрытий, как износостойкость и толщина, от величины исследованных параметров процесса (температура нагрева Т, 0С, время процесса борирования t, с, и скорость нагрева V, 0С/с) в технологически обоснованных интервалах их изменения.
3. Рабочие математические модели, полученные методом ПФЭ по ортогональным планам 32 и 23, могут служить для прогнозирования износостойкости и толщины реального боридного покрытия на рабочем органе сельхозмашины, выполненном из стали 65Г, с вероятностью 0,95 и доверительным интервалом ±5%.
4. Получено графическое отображение поверхности отклика целевой функции толщины h, которая зависит от количества флюса П-0,66 и времени ТВЧ-наг-рева при оптимальной температуре 1100- 1250оС, позволившее определить, что изменение содержания флюса в интервале 10-14 мас. %, а времени ТВЧ-нагрева — в интервале 90-120 с приводит к получению на стали 65Г композиционного упрочняющего бо-ридного покрытия с гарантированной толщиной до 300 мкм.
Библиографический список
1. Методы упрочнения поверхностей деталей машин: сб. научн. ст. / ред. Г.И. Москвитин. — М.: Красанд, 2008. — 400 с.
2. Михальченков А.М., Феськов С.А. Износы культиваторных лап посевного комплекса «Моррис» // Достижения науки и техники АПК. — 2013. — № 10. — С. 55-58.
3. Черноиванов В.И., Горячев С.А. Основные подходы к ремонту и повышению уровня сервиса сельскохозяйственной техники // Техника и оборудование для села.
- 2012. - № 12. - C. 2-4.
4. Ткачёв В.Н., Фиштейн Б.Ч., Казин-цев Н.В. и др. Индукционная наплавка твёрдых сплавов. — М.: Машиностроение, 1970. — 183 с.
5. Курбанова М.Г., Черныш А.П., Сан-кина О.В. и др. Повышение износостойкости функциональных поверхностей рабочих органов механизмов измельчения и перемешивания биогазовой установки // Достижения науки и техники АПК. — 2013. — № 5. — С. 79-80.
6. Борисенок Г.В., Васильев Л.А., Во-рошнин Л.Г. и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справочник / под ред. Л.С. Ляховича. — М.: Металлургия, 1981. — 424 с.
7. Мишустин Н.М., Иванайский В.В., Иш-ков А.В. Состав, структура и свойства износостойких боридных покрытий, полученных на сталях 658Г и 50ХГА при скоростном ТВЧ-борировании // Известия Томского политехнического университета. — 2012.
— Т. 320. — № 2. — С. 68-72.
8. Аулов В.Ф., Иванайский В.В., Иш-ков А.В. и др. Получение износостойких композиционных боридных покрытий на стали 65Г при ТВЧ-нагреве // Труды ГОСНИТИ. — 2014. — Т. 115. — С. 139-145.
9. Ишков А.В., Иванайский В.В., Криво-чуров Н.Т. и др. Термодинамическое обоснование химических реакций в системе В4С-боратный флюс-Fe при ТВЧ-нагреве // Известия Алтайского государственного университета. — 2014. — № 3-1 (83). — С. 199-203.
10. Блохин В.Г., Глудкин О.П., Гуров А.И. и др. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов: учебник. — М.: Радио и связь, 1997. — 232 с.
11. Флик Э.П. Развитие деталей и узлов сельхозмашин в России // Тракторы и сельхозмашины. — 2008. — № 12. — С. 12-14.
12. Айвазян С.А., Енюков И.С., Ме-шалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей: справочник / под ред. С.А. Айвазяна. — М.: Финансы и статистика, 1985. — 487 с.
References
1. Metody uprochneniya poverkhnostei de-talei mashin: sb. nauchn. st. / red. G.I. Mosk-vitin. — M.: Krasand, 2008. — 400 s.
2. Mikhal'chenkov A.M., Fes'kov S.A. Iz-nosy kul'tivatornykh lap posevnogo komplek-sa «Morris» // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2013. — № 10. — S. 55-58.
3. Chernoivanov V.I., Goryachev S.A. Os-novnye podkhody k remontu i povysheniyu urovnya servisa sel'skokhozyaistvennoi tekhni-ki // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. — 2012. — № 12. — C. 2-4.
4. Tkachev V.N., Fishtein B.Ch., Kazintsev N.V. i dr. Induktsionnaya naplavka tverdykh splavov. — M.: Mashinostroenie. — 1970. — 183 s.
5. Kurbanova M.G., Chernysh A.P., Sankina O.V. i dr. Povyshenie iznosostoikosti funktsional'nykh poverkhnostei rabochikh or-ganov mekhanizmov izmel'cheniya i pereme-shivaniya biogazovoi ustanovki // Dostizhe-niya nauki i tekhniki APK. — 2013. — № 5. — S. 79-80.
6. Borisenok G.V., Vasil'ev L.A., Vorosh-nin L.G. i dr. Khimiko-termicheskaya obra-botka metallov i splavov: spravochnik; pod red. L.S. Lyakhovicha. — M.: Metallurgiya. — 1981. — 424 s.
7. Mishustin N.M., Ivanaiskii V.V., Ishkov A.V. Sostav, struktura i svoistva iznosostoi-kikh boridnykh pokrytii, poluchennykh na sta-
lyakh 658G i 50KhGA pri skorostnom TVCh-borirovanii // Izvestiya Tomskogo politekhni-cheskogo universiteta. — 2012. — T. 320. — № 2. — S. 68-72.
8. Aulov V.F., Ivanaiskii V.V., Ish-kov A.V. i dr. Poluchenie iznosostoikikh kom-pozitsionnykh boridnykh pokrytii na stali 65G pri TVCh-nagreve // Trudy GOSNITI. — 2014. — T. 115. — S. 139-145.
9. Ishkov A.V., Ivanaiskii V.V., Krivochu-rov N.T. i dr. Termodinamicheskoe obosnova-nie khimicheskikh reaktsii v sisteme B4C-boratnyi flyus-Fe pri TVCh-nagreve // Izves-tiya Altaiskogo gosudarstvennogo universite-ta. — 2014. — № 3-1 (83). — S. 199-203.
10. Blokhin V.G., Gludkin O.P., Gu-rov A.I. i dr. Sovremennyi eksperiment: pod-gotovka, provedenie, analiz rezul'tatov: uchebnik. — M.: Radio i svyaz', 1997. — 232 s.
11. Flik E.P. Razvitie detalei i uzlov sel'khozmashin v Rossii // Traktory i sel'-khozmashiny. — 2008. — № 12. — S. 12-14.
12. Aivazyan S.A., Enyukov I.S., Meshal-kin L.D. Prikladnaya statistika. Issledovanie zavisimostei: spravochnik; pod red. S.A. Aivazyana. — M.: Finansy i statistika, 1985. — 487 s.
+ + +
УДК 634.74.631.535
В.Д. Бартенев, А.А. Канарский V.D. Bartenev, A.A. Kanarskiy
ОСНОВНЫЕ СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ И КРАТКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОЦЕНКА ИСПЫТАНИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НА УБОРКЕ ОБЛЕПИХИ
BASIC COMPARATIVE FEATURES OF THE DESIGN, BRIEF DESCRIPTION AND THE EVALUATION OF EQUIPMENT TESTING AT SEA-BUCKTHORN HARVESTING
Ключевые слова: облепиха, уборка, технические средства, особенности конструкций, оценка испытаний, модернизация машины.
Расширение площадей под облепихой ограничивается из-за высокой трудоемкости ручного сбора, составляющей около 90% от общих трудозатрат на ее возделывание. Решение проблемы уборки сдерживается сложностью, обусловленной специфическими физико-механическими свойствами плодов и агробиологическими особенностями растений. Приведены основные конструктивные особенности (преимущества и недостатки) трех основных технических средств, которые прошли многолетние исследовательские испытания на уборке облепихи в ФГБНУ НИИСС. Кратко изложены техническая характеристика и оценка их работы. Экспериментальный образец отечествен-
ного облепихоуборочного комбайна СВК-4Д, серийный образец универсального ягодоуборочного комбайна «Йоонас-2000» (Финляндия) и экспериментальный образец машины мобильной прицепной для отделения плодов со срезанных скелетных ветвей с одновременным разделением вороха на компоненты показали при испытании принципиальную работоспособность, удовлетворительное и стабильное выполнение технологического процесса. Приведены основные конструктивные и эксплуатационно-технологические недостатки, выявленные при испытании вышеуказанных технических средств. Сформулированы и приведены следующие рекомендации и предложения по дальнейшему проведению ОКР по уборочным техническим средствам. Комбайн СВК-4Д требует коренной конструктивной доработки, изготовления опытного образца и проведения приемочных ис-
