CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОЙ ГСХА 2014 №3
УДК 621.785.51
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕМОНТА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
Иван Викторович Ершов, к. техн. н., профессор Валерий Александрович Галанцев, к. техн. н., доцент Валерий Геннадьевич Игнатенков, к. техн. н., доцент
ФГБОУВПО «Великолукская ГСХА», Россия, г. Великие Луки
В статье рассмотрены теоретические и практические исследования способов контактно-дугового науглероживания рабочих органов сельскохозяйственных машин. Научные изыскания проводились с помощью установки для контактно-дугового науглероживания компонентов техники с целью повышения их износостойкости.
Ключевые слова: контактно-дуговое науглероживание; упрочнение стальных деталей; твердость; износостойкость.
Введение
На кафедре «Эксплуатация и ремонт МТП» Великолукской государственной сельскохозяйственной академии на основе теоретических исследований создана установка для контактно-дугового науглероживания (КДН) рабочих органов сельскохозяйственной техники с целью повышения их износостойкости.
Она разработана на основе нового способа получения слоя белого чугуна на поверхности стальных деталей, обладающего высокой твердостью и износостойкостью [1].
Известно, что рабочие органы почвообрабатывающих машин
(плужные лемеха, лапы культиваторов, зубья борон и др.) изготовляются в основном из конструкционных углеродистых сталей. Для повышения прочности и износостойкости эти детали подвергаются термообра-
ботке (закалке с отпуском), или на изнашиваемую поверхность наносят тонкий износостойкий слой другого материала.
Для таких деталей, как плужные лемеха, лапы культиваторов, полольные лапы и ножи целесообразен второй способ упрочнения, так как нанесенный слой не только защищает подобные рабочие органы от интенсивного износа, но и обеспечивает самозатачиваемость лезвий. Это дает дополнительный экономический эффект, понижая необходимое тяговое усилие машинно-тракторных агрегатов, и повышает качество обработки почвы.
Наносимые заводом-изготовителем защитные покрытия содержат дорогостоящие металлы: никель, хром, вольфрам.
Литые (сормайт) или порошковые исходные материалы наносят
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
на поверхность детали с помощью электрической дуги, газовой или плазменной горелки, индукционным способом, методом окунания.
Выбор наиболее экономичного и эффективного способа повышения износостойкости деталей является актуальной задачей. Материалы и методы проведения исследований
Известно, что при горении электрической дуги на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде) с угольным или графитовым электродом ионы углерода переносятся на катод, которым является обрабатываемая деталь [3]. Таким образом, поверхность обрабатываемой детали должна насыщаться углеродом, а при достижении уровня 2,14% С верхний слой должен превращаться в чугун. Однако на практике большая часть углерода осаждается на поверхности детали в виде сажи, дуга горит неустойчиво и насыщение если и происходит, то на очень малую глубину и отдельными зонами. Добиться стабильности процесса науглероживания поверхности удалось, когда дуговой процесс превратили в контактно-дуговой путём задания детали колебаний, в направлении перпендикулярно уточняемой поверхности. В результате процесс приобрёл циклический характер: период горения электрической дуги чередуется с периодом короткого замыкания. При горении дуги выделяется большое количество тепла и происходит интенсивное расплавление поверхности металла с образо-
ванием жидкой ванны. В момент же короткого замыкания угольный электрод погружается в жидкую ванну и происходит интенсивное растворение в ней углерода, входящего электрода. Перенос углерода в жидкую ванну происходит и в период короткого замыкания. Охлаждение жидкой ванны происходит быстрее, так как материал детали (сталь) имеет высокую теплопроводность. В результате затвердевший металл получает структуру «белого» чугуна, основной составляющей которого является цементит (химическое соединение FеЗС), очень хрупкий и твёрдый.
Характеристики науглерожен-ного слоя (толщина, количество углерода) определяются режимами обработки. В установке колебания детали создали с помощью качающейся плиты, приводимой в движение шатуном и электродвигателем с эксцентриком на валу. В качестве источника тока для КДН использовали сварочный выпрямитель ВДУ-504, а электродом служил угольный электрод, омеднённый диаметром 8 мм.
Опытным путём было установлено, что оптимальная частота колебания детали оказалась равной 26-28 Гц, что соответствует частоте вращения трёхфазного электродвигателя переменного тока.
Количество углерода в слое рассчитывали по соотношению структурных составляющих микрошлифов образцов.
При испытании работы этой установки получено, что устойчиво
ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОЙ ГСХА 2014 №3
-
процесс науглероживания происходит при амплитудах 0,6-0,8 мм. При этом слой верхней поверхности детали соответствует доэвтектическо-му чугуну твёрдостью НЖС 45-50. В этом случае толщина науглероживания составляла 1,7-2,6 мм, а содержание углерода в слое 2,90-3,77%.
Получение на стальной детали слоя «белого» чугуна должно привести к значительному повышению износостойкости поверхности без какой-либо термической обработки. Для доказательства этого положения были проведены лабораторные и эксплуатационные исследования применительно к рабочим органам почвообрабатывающих машин. Лабораторные исследования выполняли методом изнашивания образцов по закреплённому абразиву (шлифовальная машина) и изнашиванием в абразивной среде («мокрый» речной песок), при режимах, соответствующих условиям работы почвообрабатывающих машин. Скорость относительно перемещения - 200 м/мин; давление образцов на абразив -0,09 МПа (соответствует плужным лемехам) и 0,045 МПа (соответствует работе лап культиваторов и зубьев борон). В качестве эталона брали образцы, вырезанные из лемеха (лемешная сталь Л53). При испытании по закреплённому образцу определяли коэффициент износостойкости, равный отношению величины износа эталона к величине износа исследуемого образца. Этот коэффициент при испытании образцов после упрочнения КДН и давлении
0,045 МПа оказался равным 4,0, а при давлении 0,09 МПа составил 3,1.
В другой серии испытаний сравнивали износостойкость образцов, упрочнённых КДН, с твёрдостью НЖС-52 и наплавленных порошком ПГ-10Н-01 (14-20% хрома, основа - никель), твёрдостью НЖС-55 и получили, что у первых образцов он составил 8,7, а у вторых - 17,5.
Эксплуатационные же испытания дали меньшие значения эффективности упрочнения изделий. Так, износостойкость лемехов, упрочнённых КДН, повысилась в 1,5-2 раза в сравнении с неупроч-нёнными, а износостойкость упрочнённых лап увеличилась на 25-40% в сравнении с лапами закалёнными. После обработки 30 га закалённые полольные лапы затупились и требовали переточки, а у лап, упрочнённых КДН, наблюдался эффект самозатачивания.
Предполагаемый способ контактно-дугового науглероживания обеспечивает, как показали проведённые исследования, значительное повышение износостойкости стальных изделий.
Однако этот способ имеет недостаток. По причине электродного характера процесса и быстрого отвода тепла в тело изделия, поверхность застывшего металла имеет большую волнистость. Но для рабочих органов почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин волнистость поверхности может не быть препятствующим фактором.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Кроме того, в результате проведённых дополнительных исследований была найдена присадка, которая резко повышает качество поверхности -карбид бора. Он понижает волнистость и повышает твёрдость поверхности на 4-6 единиц по Роквел-лу. Можно предположить, что карбид бора понижает температуру плавления чугуна, делает металл более жидкотекучим, дольше сохраняется жидкая ванна, а металл, растекаясь, образует более плоскую поверхность. Таким образом, при КНД процесс с помощью угольного электрода в присутствии порошка карбида бора обеспечивает насыщение поверхности стального изделия углеродом и бором, т.е. происходит процесс контактно-дуговой бороце-ментит (КДБЦ). Лабораторные испытания на износ образцов, упрочнённых КДБЦ, показали такие же
параметры, как и образцы, наплавленные сормайтом.
Выводы
В результате анализа состояния использования в настоящее время почвообрабатывающих машин авторы пришли к выводу, что способ КДН наиболее рационален для повышения надёжности и износостойкости двух групп деталей почвообрабатывающих машин:
• для деталей, которые не подвергают на заводах-изготовителях специальной упрочняющей обработке, но которые интенсивно изнашиваются в процессе эксплуатации, например, зубьев борон;
• для деталей, которые должны иметь способность к самозатачиванию, вместо упрочнения их объёмной закалкой, например, лапы полольные культиваторов.
Список литературы
1. А.С. №1282565. Способ упрочнения стальных изделий / В.А. Васильев, Л.Н. Собенин, В.С. Крылов.
2. Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. - М.: Металлургия, 2007. -406 с.
3. Теория сварочных процессов / Г.Л. Петров [и др.]. - М.: Высш. шк., 2002. - 312 с.
E-mail: [email protected]
182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина д. 2, Великолукская ГСХА. Тел.: (81153) 7-16-22
