CC BY
5
УДК 631.794.791 https://doi.Org/10.35546/kntu2078-4481.2022.4.4
I. М. РИБАЛКО
Державний бютехнолопчний ушверситет
ORCID: 0000-0002-3663-019X О. В. Т1ХОНОВ
Державний бютехнолопчний ушверситет
ORCID: 0000-0001-7209-8375 А. В. ЗАХАРОВ
Державний бютехнолопчний ушверситет
ORCID: 0000-0001-9894-7355 О. О. ГОНЧАРЕНКО
Державне шдприемство «Чутове»
ORCID: 0000-0002-4325-2705
МОДИФ1КУВАННЯ РЕНОВАЦШНИХ ПОКРИТТ1В ДЛЯ П1ДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТ1ЙКОСТ1 КУЛЬТИВАТОРНИХ ЛАП
Вивчено можливкть використання для модиф1кування в1дновлювальних покриттгв природного продукту - глини i вторинно'1' сировини - немагнтно'1 фракцп детонацтно'1' шихти з алмазною фракщею eid утилгзацП боеприпаав. Дослгджували чотири р1зт варiанти нанесення покриття. Для цього використовували електрод Т-620 з додатко-вим модифщванням його обмазкою бентонтовою глиною, а також з немагнтною фракщею детонацшног шихти i нанесенням ïï у виглядi шлжерного покриття на рiжучу поверхню культиваторно'1' лапи. Показано, що застосування таких присадок дозволяе тдвищувати сттюсть робочого iнструмента альськогосподарських машин, зменшуе його схильтсть до пошкоджуваностi завдяки мiнiмальному проплавленню тонкосттного виробу культиваторно'1' лапи i зниження перетину перехiдного шару i рiвня напружень. Кожен модифжатор вносить змти в тдвищення м^о-твердостi в рiзному ступет. Шдвищення мiкротвердостi спостершаеться на поверхт покриття i плавне ïï зниження до перехiдного шару. Найбтьшу мжротвердкть мае поверхня покриття з додатковим введенням бентоттово'1' глини врiдку ванну. Мжротвердють ïïзмтюеться вiд HV-50-1009,7 до HV-50-615,2. Аналогiчно впливае i модифiкуюча домшка детонацiйно'ï шихти, мжротвердкть змтюеться вiд HV-50-969,6 до HV-50-633,26. При введены глини або шихти в вiдновлювальне покриття тдвищуеться зносостштсть в 1,3-2 рази по вiдношенню до нанесеного наплав-лення тшьки електродом i в 2-3 рази - до вихiдного матерiалу культиваторно'1' лапи. Встановлено, що найбшьш низький коефщент характерний для сухого тертя, а також - гiдроабразивного в зразках з додатковим модифгку-ванням глиною або детонацiйно'ï шихтою. Для тдвищення стiйкостi стртчастих культиваторних лап в експлуатацИ' рекомендуешься при нанесент вiдновлювальних покриттiв використовувати вторинне сировину для модифщвання вiдновлювальних покриттiв i природн матерiали, яю не тшьки тдвищать сттюсть робочого iнструменту машин, а i зменшать схильтсть до пошкодження виробу. та зниження перер1зу перехiдного шару тарiвня напружень.
Ключовi слова: знососттюсть, вiдновлення, культиваторна лапа, бентоттова глина, детонацтна шихта, модифжатор, коефщенти зносу i тертя, мжротвердють.
I. M. RYBALKO
State Biotechnological University
ORCID: 0000-0002-3663-019X O. V. TIHONOV
State Biotechnological University
ORCID: 0000-0001-7209-8375 O. V. ZAKHAROV
State Biotechnological University
ORCID: 0000-0001-9894-7355
O. O. GONCHARENKO
State Enterprise "Chutove"
ORCID: 0000-0002-4325-2705
MODIFICATION OF RESTORATIVE COATINGS TO INCREASE THE WEAR RESISTANCE OF CULTIVATOR PAWS
The possibility of using a non-magnetic fraction of a detonation charge with a diamond fraction from the disposal of ammunition to modify the restoration coatings ofa natural product - clay and secondary raw materials - was studied. Four
different coating variants were investigated. For this, a T-620 electrode was used with its additional modification by coating with bentonite clay, as well as with a non-magnetic fraction of the detonation charge and applying it in the form of a slip coating on the cutting surface of the cultivator. It is shown that the use of such additives allows to increase the resistance of the working tool of agricultural machines, reduces its tendency to damage due to the minimum penetration of the thin-walled product of the hoe blade and a decrease in the cross section of the transition layer and the level of stress. Each modifier makes changes to increase the microhardness to varying degrees. An increase in microhardness is observed on the surface of the coating and its gradual decrease to the transition layer. The surface coating with the additional introduction of bentonite clay in a liquid bath has the highest microhardness. Its microhardness varies from HV-50-1009.7 to HV-50-615.2. Similarly, the effect of the modifying additive of the detonation charge, the microhardness varies from HV-50-969.6 to HV-50-633.26. When clay or a mixture is introduced into the restoration coating, the wear resistance increases by 1.3-2 times with respect to the deposited surfacing only by the electrode and by 2-3 times to the initial material of the cultivator. It was found that the lowest coefficient is characteristic for dry friction, as well as for hydroabrasive, for samples with additional modification with clay or a detonation charge. In order to increase the stability of arrow cultivator paws in operation, it is recommended to use secondary raw materials for modifying restorative coatings and natural materials, which will not only increase the stability of the working tool of the machines, but also reduce the tendency to damage the product when applying restorative coatings. and reducing the transition layer cross-section and stress level.
Key words: wear resistance, restoration, hoe blades, bentonite clay, detonation charge, modifier, wear and friction coefficients, microhardness.
Постановка проблеми
В даний час у альському господарст для обробки грунту використовують велику шльшсть грунтообробних знарядь (культиватори, поздвт комплекси, авалки, розпушувачi та шше), з широко застосовуваними робочими органами, до яких належать стршчасп лапи. Культиваторна лапа - одна з затребуваних деталей, що зношуються у сшьському господарствi пвд час проведення робгг з культиваци. Стршчасп лапи експлуатуються за умов прямого впливу абразивних частинок i тому штенсивно зношуються з вшповвдними структурною деградащею металу та змшою геометричних розмiрiв, що визначають основш параметри ефективносп технолопчного процесу [1]. Зношеш стрiлчастi лапи значно знижують ефектившсть i яшсть роби; що проводяться. Використання Гх при-зводить до недотримання агротехшчних термшв обробки грунту. Крiм цього, грунтообробна техшка додатково простоюе через замшу зношених стрiлчастих лап. Все перераховане в рази збшьшуе витрати на обробгток грунту та значно знижуе кшьшсть отриманоГ валово! продукцп. В результап для тдтримки грунтообробних знарядь у працездатному стан пвдприемства з виробництва запасних частин до альськогосподарсько! техшки випуска-ють велику шльшсть нових стртастих лап як запасш частини. При цьому витрачаеться значна шльшсть дорого! леговано! сталг У зв'язку з цим, тдвищення зносостшкосп та довговiчностi стршчастих лап грунтообробних знарядь у процес !х експлуатацп е одшею з важливих наукових проблем.
Анатз останшх дослщжень i публшацш
1снуе велика кшьшсть методiв вiдновлення працездатносп культиваторних лап. Найбiльш затребуваним е !х ввдновлення з нанесенням покритпв наплавленням. Для цього найчастiше використовують електроди Т-590, Т-620 [2-4]. Для пвдвищення якостi вiдновлення та зносостшкосп також використовують рiзнi способи модифь кування ввдновлювального металу покриття. Найчастше додатково вводять модифiкатор як обмазки електрода або - шлiкерного покриття [5].
Формування мети дослщження
Метою роботи стало тдвищення зносостшкосп нанесеного покриття у процеа експлуатацií культиваторних лап. Завдання дослiдження полягала в ощнщ зносостiйкостi покриттiв при введент додаткового модифiкатора у рiдку ванну при наплавленш.
Викладення основного MaTepi^y дослiдження
Для вирiшення поставленого завдання наплавлення на культиваторну лапу iз сталi 65Г здiйснювали елек-тродом Т-620. Як модиф^ючу домiшку використовували бентонiтову глину [6], а також немагштну фракцiю детонацiйноí шихти вш утилiзацií боеприпасiв з алмазною фракщею [7]. Вибiр цих компонентiв обумовлений тим, що використання модифтатора глини, яка мiстить оксиди кремнiю i алюмiнiю можуть добре протистояти
i чинити опiр зношуванню аналогiчним матерiалам, що входять до складу грунту. Детонацшна шихта, що включае нано- та дисперснi алмази, також може тдвищити зносостiйкiсть покриття. У результап дослiджували чотири рiзнi варiанти нанесення покриття. Для цього використовували електрод Т-620 з додатковим модифiкуванням його обмазуванням бентонiтовоí' глиною, а також з немагнггаою фракцiею детонацiйноí' шихти [8] та нанесенням
ii у виглядi шлiкерного покриття на рiжучу поверхню культиваторно! лапи. Хiмiчний склад електрода, що засто-совуеться, %: 3,0 С, 2,2 Si, 1,2 Mn, 22,5 Cr, 0,7 Ti, 0,8 В, 0,03 S. Бентоштова глина мютить такi компоненти, як, %: 1,65 Fe, 0,25 К, 0,15 Ca, 0,06 S, 0,2 Mg, 54,88 Si, 32,42 Al, 0,3 Na. Шихта, за даними хiмiчного аналiзу, включае нано- i дисперснi алмази 3,37-3,43% С, а також як основш компоненти мвдь до 3,14% i залiзо до 2,9%, а решта -мала частка рiзних модифiкуючих домiшок та Гх з'еднань.
На першому еташ було оцшено мжротвердють отриманих покритгiв (рис. 1). З наведених даних видно, що кожен модифжатор вносить змiни пiдвищення мiкротвердостi рiзною мiрою. Найбiльше пiдвищення мжротвер-досп спостерiгаeться на поверхнi покриття та плавне и зниження до переходного шару. При наплавленнi електро-дом мшротвердють по всiй глибинi покриття коливасться в межах HV-50-681,2-871,2.
1100 100С а у оо £ зоо 700 600 500 400 ?оо ?оо
пнсрхма нпплпвинкя ил н.1,1 впенкл ■а ОСМПШИН" летал
$?ы $$ 1,; 318,1
'' (лолроз 1 ицнфкуынням ;4^тп||п1|л1и(1ю ШС1МПЮ мм
и-мтрод 1 ЫЛ^нф^уКМННЛЛ! ггпшпк* 1009, 7 949,£ «и
■ елитроэ п» шлгарноыу сюкригтю лстп|ищ|1:им' :и|сяти им 918,: «55,? 25ВЛ
Рис. 1. Середш значення мiкротвердостi при рпних варiантах нанесення покриттiв
Найбiльш висока мiкрогвердiсгь переходного шару характерна для варiанту без введення присадки, що моди-фiкуe, що пов'язано з високим рiвнем формування напружень. При введеннi модиф^ючо! домiшки - глини або детонацшно! шихти (залежно ввд !х частки) можна суттево знизити температуру р1дко! ванни (на ~300°С), що дозволяе зменшити рiвень напруги та величину перех1дно! зони.
Найбшьшу мiкротвердiсть мае поверхню покриття з додатковим уведенням бентонiтово! глини у рвдку ванну. Мiкротвердiсть його змiнюеться вiд НУ-50-1009,7 до Н^50-615,2. Аналогiчно впливае i модифiкуюча домшка детонацiйноl шихти. I тут мжротвердють змiнюеться вiд НУ-50-969,6 до НУ-50-633,26. Наплавлення по шлжер-ному покриттю також вносить змiни рiвня мшротвердосп. Оск1льки товщина ново! лапи становить 6мм, а - зно-шено! до 5мм, цей спосiб через нерiвномiрний розподiл в рiдкiй ванш домiшки бiльшою мiрою впивае на осно-вний метал i тдвищуе протяжнiсть i напруги перехiдно! зони.
Для оцшки впливу присадок, що модифiкують, при нанесеннi вщновлювальних покритпв провели !х випро-бування на знос. Сгендовi випробування на знос проводили машиною тертя СМТ-1 на шдприемсга ДП «Завод iм. В.А. Малишева». Ввдносну зносостiйкiсть рiзних способiв ввдновлення та змiцнення поверхнi деталей проводили i оцiнювали за п'ятьма варiантами: 1 - вихiдний матерiал культиваторно! лапи - сталь 65Г; Т-620 з використанням розплавлення шлжерного покриття не магнiтно! фракци детонацшно! шихти; 4 - нанесення покриття електродом Т-620; 5 - наплавлення електродом Т-620 з його обмазкою глиною. Випробування проводили за схемою «диск-колодка». Схема випробувань та розмiр зразшв наведено на рис. 2.
Рис. 2. Схема випробувань та розмiри зразкш при стендових випробуваннях на знос
Випробування зразшв здшснювали в абразивному середовищi кварцового шску без мастила та проводили за схемою Бршеля. Випробовування пщдавали зразки розмiром 10х10мм, вирiзанi iз зони з покриттям, та оброблеш на плоскошлiфувальному верстатi при навантаженш 5кг. Контртiло - фторопласт (ПТФЕ-4). У цьому випробу-ваннi фторопласт використовували як тiло для утримання абразиву в областi тертя. Як абразив використовували пiсок Староверовського родовища (Украша) фракцieю 0,25-0,4 мм. Перед випробуванням пiдготовленi зразки (колодки, диски) промивали, маркували, зважували на терезах WA-200. Результати попереднiх випробувань наведено у табл. 1. Шлях тертя становив 100 м.
Таблиця 1
Випробування на зношування в умовах абразивного середовища
№ з/п Вар1ант змщнення Ввдсоток зносу, %
1 Початковий матер1ал кульгивагориоl лапи сталь 65Г 1,0
2 Наплавлення обмазуванням електродом Т-620 1з введенням не магиiгиоl фракци дегоиацiйиоl шихти. 0,30
3 Наплавлення електродом Т-620 по шлжерному покриттю не магиiгиоl фракци детонацiйноl шихти. 0,63
4 Наплавлення електродом Т-620 0,62
5 Наплавлення електродом Т-620 з додатковим введенням глини 0,45
З результапв аналiзу встановлено, що найкращi показання при випробуванш на знос показали зразки з додат-ковим введениям глини i магштно1 фракцп не детонацшнох шихти з алмазною фракцieю. Наплавлення по шлжер-ному покриттю iстотних змш не вносить i за коефщентом тертя на рiвнi зi звичайним наплавлениям електродом.
При введеннi глини або шихти у ввдновне покриття, зносостiйкiсть пiдвищуeться в 1,3-2 рази до нанесення його електродом без модиф^вання i в 2-3 рази - до звичайного матерiалу культиваторно! лапи.
Для подальшого аналiзу провели додатково порiвняльнi випробування на знос, з визначенням коефiцieнту тертя за рiзних умов проведення дослiдження (сухе, сухе з подачею кварцового тску фракщею 0,25-0,40 мм; з подачею кварцового тску та води) та ощнили мшливють коефiцieнтiв тертя (табл. 2 та рис. 3). При даних випро-буваннях також використовували деталь, що сполучаеться «диск» з фторопласту 050мм, швидшсть ковзання при цьому становила 0,78 м/с.
Таблиця 2
Випробування на зношування покрит"лв
№ вар1анта Значения f тр за умов випробування
Р = 50Н * Р=50Н** Р=200Н***
1. Початковий матер1ал культиваторноl лапи сталь 65Г 0,48-0,52 0,64-0,70 0,38-0,42
2. Наплавлення електродом Т-620 з додатковим введенням не магштною фракщею детонацiйноl шихти. 0,40-0,50 0,68-0,74 0,38-0,42
3. Наплавлення електродом Т-620 по шлжерному покриттю не магиiгиоl фракцп детонацiйноl шихти 0,40-0,43 0,72-0,74 0,34-0,38
4. Наплавлення електродом Т-620 0,40-0,49 0,60-0,64 0,32-0,34
5. Наплавлення електродом Т-620 з додатковим введенням глини 0,44-0,46 0,72-0,83 0,34-0,36
Умови випробувань: * сухе тертя; ** сухе з подачею кварцового тску фракцп 0,25-0,40 мм; *** з подачею кварцового тску та води.
Деяке зниження коефщента тертя при випробуванш наплавлених зразшв без модиф^вання (див. рис. 3б № 4) пов'язане з процесом схоплювання, що знизило перюд випробувань.
З отриманих даних встановлено, що найнижчий коефщент характерний для сухого тертя, а також пдроабра-зивного у зразках з додатковим модиф^ванням глиною та детонацшною шихтою. При подачi абразиву коефь цiент тертя знижуеться у зразках з наплавленням покриття електрода i модифiкуваниям немагнiтною фракцiею детонацшнох шихти.
Виходячи з отриманих результатiв випробувань для шдвищення стшкосп культиваторних лап в експлуатаци рекомендуеться при нанесенш ввдновлювальних покриттiв використовувати вторинне сировину для модифiкуваиия вщновлювальних покритпв i природнi матерiали, як1 не тшьки щдвищать стiйкiсть робочого iнструмеигу машин, а i зменшать схильнiсть до пошкодження виробу. та зниження перерiзу переходного шару та рiвия напружень.
Висновки
Показано можливiсть використання для модиф^вання природного продукту - глини та вторинно! сировини -немагштно1 фракцп детонацшнох шихти з алмазною фракщею вш утилiзацil боеприпасiв.
При введенш глини та шихти в покриття методом наплавлення, зносостшкхсть тдвищуеться в 1,3 та 2 рази по ввдношенню до покриття, виконаного тшьки електродом, а також по ввдношенню до виххдного матерiалу культи-ваторно1 лапи у 2 та 3 рази ввдповшно.
Г*
0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,Ю
Г,
0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10
1 тр
0,50 0,40 0,30 0,20 0,10
■0.№
М» 49 Ч^л лл
«Н, «
3 4 5
№ ввр1д*гту
0.8 $
0,7* ол ото. -А, 7? л
1*4 ом е.»
2 3 Л
ВЯ|МЯКТу
1ГЧ ОМ V
1
3 4 № идриигту
в
Рис. 3. Дiаграми випробувань на зношування покриттiв в режимi сухого тертя (а), з подачею кварцового шску фракщТ 0,25-0,40мм (б) та в пдроабразивному середовищi (в): 1 - вихщний матерiал культиваторноТ лапи сталь 65Г; 2 - наплавлення електродом Т-620 з додатковим модифжуванням не магштною фракцieю детонацшноТ шихти; 3 - електродом Т-620 по шлшерному покриттю не магнiтною фракцieю детонацшноТ шихти; 4 - електродом Т-620; 5 - електродом Т-620 з додатковим введенням глини
а
б
Для пвдвищення термшу служби культиваторних лап в експлуатацп рекомендуються !х ввдновлювати з нане-сенням покриття наплавленням та додатковим модифiкуваниям глиною або немагнитною детонацiйною шихтою з алмазною фракщею.
Список використаноТ лггератури
1. Анализ способов изготовления, упрочнения и восстановления стрельчатых лап культиватора. / Т. С. Скобло, И.Н. Рыбалко, А.В. Тихонов, А.Д. Мартыненко Texni4Huu cepeic агропромислового, лкового та транспортного комплексе. Харьков, 2019. № 15. С. 60-85.
2. Кожухова Н.Ю. Выбор технологии армирования лемехов. Сельский механизатор. М., 2010. № 5. С. 30.
3. Ерохин М.Н., Новиков В.С. Повышение прочности и износостойкости лемеха плуга. Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. М., 2008. № 3 (28). С. 100-107.
4. Тюрева А.А., Феськов С.А. Восстановление лап культиваторов методом «компенсирующих элементов» с использованием наплавочного армирования. Труды инженерно-технологического факультета Брянского государственного аграрного университета. Кокино, 2017. № 1 (1). С. 101-119.
5. Применение модифицирующих присадок для восстановления деталей машин. / Т. С. Скобло, А.И. Сида-шенко, И.Н. Рыбалко, А.В. Марков Загальнодержавниймiжвiдомчий науково-техтчний збipник Конструювання, виробництво та eкcnлуатацiя альськогосподарських машин. Кропивницький, 2017. Вип. 47, Ч. I. C. 229-240.
6. Применение модифицирующей присадки - глины при восстановительной наплавке деталей / Т.С. Скобло, И.Н. Рыбалко, А.И. Сидашенко, А.В. Тихонов. Сварочное производство. М., 2020. № 7. С. 41-49.
7. A new way of getting the charge with diamond fraction / T. Skoblo,A. Nanka, Yu. Kuskov, A. Saychuk, V. Romanchenko, S. Romaniuk, I. Rybalko, A. Markov, Yu. Samsonov, T. Maltsev Наносистеми, наноматepiали, нанотехнологИ. (Nanosistemi, nanomateriali, nanotehnologii). 2021. Том 19, вип. 1. С. 23-33. https://doi.org/10.15407/nnn.19.01.023
8. Споаб тдвищення зносостшкосп стршчасто! лапи культиватора: пат. 130824 Украша. №u201806896; заявл. 19.06.2018; опубл. 26.12.2018, Бюл. № 24, 5 с.
References
1. Skoblo T.S., Rybalko I.N., Tihonov A.V., Martyinenko A.D. Analiz sposobov izgotovleniya, uprochneniya i vosstanovleniya strelchatyih lap kultivatora [Analysis of methods for manufacturing, strengthening and restoration of cultivator lancet paws]. Tekhnichnyi servis ahropromyslovoho, lisovoho ta transportno hokompleksiv. Harkiv, 2019, № 15, рр. 60-85.
2. Kozhuhova N.Yu. Vybor tehnologii armirovaniya lemehov [Choice of share reinforcement technology]. Selskiy mehanizator. Moskva, 2010, № 5, рр. 30.
3. Erohin M.N., Novikov VS. Povyshenie prochnosti i iznosostoykosti lemehapluga [Increasing the strength and wear resistance of the plow share]. Vestnik Federalnogo gosudarstvennogo obrazovatelnogo uchrezhdeniya vyisshego professionalnogo obrazovaniya Moskovskiy gosudarstvennyiy agroinzhenernyiy universitetim. V.P. Goryachkina. Moskva, 2008, № 3 (28), pp. 100-107.
4. Tyureva A.A., Feskov S.A. Vosstanovlenie lap kultivatorov metodom "kompensiruyuschih elementov" s ispolzovaniem naplavochnogo armirovaniya [Restoration of paws of cultivators by the method of "compensating elements" using hardfacing reinforcement]. Trudyi inzhenerno-tehnologicheskogo fakulteta Bryanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. Kokino, 2017, № 1 (1), рр. 101-119.
5. Skoblo T.S., Sidashenko A.I., Rybalko I.N., Markov A.V. Primenenie modifitsiruyuschih prisadok dlya vosstanovleniya detaley mashin [The use of modifying additives for the restoration of machine parts]. Zahalnoderzhavnyi mizhvidomchyi naukovo-tekhnichnyi zbirnyk. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia silskohospodarskykh mashyn. Kropivnitskiy, 2017, Vip. 47, Ch. I, рр. 229-240.
6. Skoblo T.S., Rybalko I.N., Sidashenko A.I., Tikhonov A.V Primenenie modificiruyushchej prisadki - gliny pri vosstanovitel'noj naplavke detalej [The use of a modifying additive - clay in the recovery surfacing of parts]. Svarochnoe proizvodstvo. М., 2020, № 7, pp. 41-49.
7. Skoblo T., Nanka A., Kuskov Yu., Saychuk A., Romanchenko V., Romaniuk S., Rybalko I., Markov A., Samsonov Yu., Maltsev T. A new way of getting the charge with diamond fraction. Nanosistemi, nanomateriali, nanotehnologii. 2021, 19, vyp. 1, pp. 23-33. https://doi.org/10.15407/nnn.19.01.023
8. Skoblo T.S., Sidashenko O.I., Rybalko I.M., Tihonov O.V., Oleynyk O.K. Sposib pidvyshchennia znosostiikosti strilchastoi lapy kultyvatora [The method of increasing the wear resistance of the arrow paw of the cultivator]. Patent UA no.130824, 2018.
