CC BY
373
Секция « Технология производства ракетно-космической техники»
Рис. 2. Микроструктура стали 5ХНМ после упрочнения
плазменным методом: а - упрочненная зона; б - середина упрочненной зоны; в - граничная зона; г - сырой металл
Сталь 5ХНМ - это доэвтектойдная сталь, при нагреве до 727 °С превращений нет, и сталь имеет структуру перлит + феррит (рис. 2, г), а зона после упрочнения электрической дугой имеет структуру
реечного мартенсита (НВ 500-700) (рис. 2, б), который наблюдается в закаленных сталях низко- и среднеуг-леродистых. Кристаллы этого мартенсита имеют вид реек, вытянутых в одном направлении.
Можно предположить, что при таком методе следует искусственно создавать условия, при которых возможно протекание химических и окислительных процессов с целью образования карбидных или нит-ридных соединений в поверхностном слое материала.
Таким образом, на основе рассмотренного метода упрочнения выявлено, что при выполнении финишных операций необходимо назначение режимов обработки, обеспечивающих создание в поверхностном слое выгодных микроструктур, обладающих более высокой износостойкостью, противодействием коррозии и другими эксплуатационными характеристиками.
Библиографическая ссылка
1. Поболь И. Л. Использование электроннолучевого воздействия в технологиях второго поколения поверхностной обработки металлических материалов // Трение и износ. 1993. Т. 14. № 3. С. 524-531.
© Зуйков И. Ф., Киселев М. В., 2012
УДК 621.002.5
Д. А. Карабарин Научный руководитель - Г. Ф. Тарасов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН
Приведены результаты промышленных испытаний, разработанного способа повышения износостойкости рабочих органов землеройных машин, работающих в абразивной среде при низких температурах.
В современных условиях развития научно-технического прогресса и наращивания объемов производства конечного продукта происходит ужесточение режимов эксплуатации машин и оборудования различного функционального назначения (увеличение мощностей, нагрузок, и т. д.). Интенсификация режимов эксплуатации приводит к существенному снижению долговечности большинства деталей машин, особенно подвергающихся изнашиванию вследствие низкой износостойкости применяемых для их изготовления материалов. Это вызывает необходимость поиска вариантов решения задач повышения износостойкости деталей машин, особенно рабочих органов землеройных машин и инструмента, которые подвергаются абразивному изнашиванию.
Интенсивность абразивного изнашивания рабочих органов машин определяется многими факторами, основными из которых являются: гранулометрический состав и состояние абразивной среды, с которой контактирует деталь; свойства материала детали; температура окружающей среды, которая влияет одновременно и на свойства материала детали, и на состояние абразивной среды. В зависимости от указанных факторов сроки службы рабочих органов землеройных машин, а также других деталей, рабо-
тающих в абразивной среде изменяются в широком диапазоне.
В настоящее время широкое распространение получили способы повышения износостойкости деталей машин: увеличение запаса на износ, наплавка износостойкими материалами, применение износостойких покрытий, изменение физико-механических свойств материалов путем применения упрочняющей термической обработки, применение эффекта самозатачивания. Все перечисленные способы повышения износостойкости, безусловно, обеспечивают увеличение срока службы (долговечности) деталей машин. Однако эти методы нецелесообразно применять для деталей, подвергающихся абразивному изнашиванию, а особенно режущих органов землеройных машин по следующим причинам. Любой режущий орган землеройной машины (нож бульдозера, зуб экскаватора и др.) эффективно используется только на 30-40 %, поэтому замена материала или упрочнение термической обработкой таких деталей связаны с излишними, необоснованными затратами, при этом существенного повышения срока службы не достигается. Применение эффекта самозатачивания предполагает увеличение размеров режущих органов, что не всегда оправдано, и не всегда возможно осуществить.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
При низких температурах интенсивность изнашивания деталей в абразивной среде резко возрастает, поэтому они более продолжительное время работают в режиме повышенных нагрузок. Как показали настоящие исследования, в зимний период эксплуатации землеройных машин наряду с существенным снижением срока службы режущих органов вследствие их износа, увеличивается и число их поломок. В связи с этим, при повышении долговечности деталей машин, работающих в абразивной среде при низких температурах, необходимо учитывать не только их износостойкость, но и изменение свойств материалов (охрупчивание) при понижении температуры, вызывающих хрупкие поломки деталей. В данной работе предлагается метод повышения износостойкости деталей, работающих при низких температурах путем их армирования. Сущность метода (на примере ножа бульдозера) заключается в следующем. Рабочая поверхность ножа, контактирующая с грунтом, армируется вставками-штырями из износостойкой инструментальной стали.
Вставки-штыри цилиндрической формы из износостойких материалов запрессовываются в отверстия по осевой линии интенсивно изнашивающейся поверхности ножа, закрепленного к отвалу бульдозера. Передняя грань ножа защищается износостойкой наплавкой. Нож изготавливается из обычных углеродистых сталей, обладающих высокой вязкостью, а это существенно снижает вероятность хрупких поломок. Разработанный способ повышения износостойкости не требует специального оборудования и может быть осуществлен при наличии обычной мастерской на предприятии, имеющей прессовое оборудование небольшой мощности. Расход дорогостоящей инструментальной, или другой износостойкой стали на изготовление одного ножа бульдозера составляет порядка 6-8 кг.
Экспериментальную проверку способа повышения износостойкости армированием ножей бульдозеров проводили с применением сталей Р12 и Х8М2Ф, показавших наибольшую износостойкость при лабораторных испытаниях. С целью ускорения производственных испытаний и более точной оценки скорости изнашивания исследуемых материалов в грунтах, конструкция экспериментальных ножей бульдозера была несколько изменена. К стандартному ножу бульдозера, крепились пластины размером 100х65х20
мм, изготовленные из сталей Р12 и Х8М2Ф. В качестве эталонов сравнения использовались такие же пластины из стали Ст.5 и стали Ст.5 с наплавкой, поскольку именно эти стали рекомендуются для изготовления стандартных ножей бульдозеров. При этом сущность физических процессов, происходящих в зоне контакта режущего органа с грунтом, не изменилась. Износ измерялся через каждые 10-12 часов работы машины инструментами, обеспечивающими точность ± 0, 05 мм.
Анализ полученных результатов испытаний показал, что скорость изнашивания пластин из инструментальных сталей Р12 и Х8М2Ф в 4-5 раз меньше скорости изнашивания пластин из стали Ст.5 с наплавкой, рекомендуемой ГОСТом для изготовления ножей бульдозеров. Это обусловлено, прежде всего, тем, что интенсивно изнашивающаяся поверхность ножа (задняя) наплавкой не защищена, а защищена передняя часть, по которой скользит разрыхленный грунт. В процессе работы такого ножа характерно наличие двух схем взаимодействия режущего органа с грунтом: зона взаимодействия износостойких пластин с грунтом и зона взаимодействия основного материала стандартного ножа с грунтом. В зоне контакта износостойких пластин или вставок-штырей реализуется схема изнашивания о закрепленные абразивные частицы, поскольку пластины или вставки-штыри непосредственно контактируют с мерзлым грунтом. Основной материал ножа контактирует с грунтом через прослойку разрыхленного грунта. Интенсивность изнашивания закрепленными абразивными частицами выше, чем свободными. Поэтому, примерно через 20-25 часов работы машины происходит выравнивание процессов изнашивания износостойких пластин из инструментальных сталей и основного материала ножа. При дальнейшей эксплуатации ножа изнашивание его происходит равномерно, но с меньшей интенсивностью, чем и достигается существенное увеличение долговечности. Выполненные расчеты показали, что при предельно допустимой величине износа ножа по его длине (30 мм по стандарту) и полученных скоростях изнашивания, срок его службы может составить 2500-3000 часов, что примерно в 5-6 раз больше долговечности стандартных ножей бульдозеров.
© Карабарин Д. А., 2012
УДК 621.891.001.57
Д. А. Карабарин Научный руководитель - Г. Ф. Тарасов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЯ СТАЛЕЙ НА АБРАЗИВНУЮ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ
Изложены принципы подхода к испытаниям материалов на абразивную износостойкость. Методика испытаний матариалов. Рассмотрены особенности испытаний материалов при низких температурах.
Износостойкость материалов при взаимодействии с абразивными частицами зависит от механических свойств, формирующихся непосредственно в момент
разрушения. Определить эти свойства практически невозможно, поскольку сами условия разрушения неизвестны. В связи с этим износостойкость сопос-
