CC BY
16ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 677. 021
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗУБЬЕВ ДИСКОВЫХ ПИЛ ВОЛОКНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
Аброров Акбар Саидович
Старший преподаватель Бухарского инженерно-технологического института, г.Бухара, Республика Узбекистан Темиров Азамат Авазхон угли Стажёр-преподаватель Бухарского инженерно-технологического института, г.Бухара, Республика Узбекистан
Саидов Хасан Акбар угли студент группы 312-20 ТМЖ Бухарского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г.Бухара Нуркулова Чаррос Аззам кизи магистр группы М8-19 ТЖМТХК Бухарского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г.Бухара Толибов Сохиб Тулкин угли студент группы 418-17 ТЖХК Бухарского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г.Бухара
Аннотация. В статье рассмотрено повышение твердости поверхностного слоя (h=25 мкм) при мягкой сердцевине (h=100-300 мкм) зубьев пильных дисков цилиндров волокноперерабатывающих машин. Поставленная задача упрочнения поверхностного слоя зубьев дисков пил цилиндра волокноперерабатывающих машин решается путем термической и химико-термической обработки зубьев дисковых пил в вакуумной камере импульсными электронными пучками, лазерной обработки после ионного азотирования.
Annotation. The article covers the increase of hardness of the surface layer (h=25 microns) with a soft core (h=100-300 microns) of the teeth of the saw blades of the cylinders of fiber processing machines. Assigned task of hardening the surface layer of the teeth of the disc saw of the cylinder of fiber-processing machines is solved by thermal and chemical-thermal treatment of the teeth of the disc saw in a vacuum chamber by pulsed electron beams, laser processing after ion nitriding.
Ключевые слова. Технология лазерной закалки, поверхностное упрочнение, химико-термическая обработка, термоупрочнения, микротвердость, теплостойкость, износостойкость.
Keywords. Laser quenching technology, surface hardening, chemical-thermal treatment, heat quenching, micro-hardness, heat resistance, endurance.
1. Введение
Одним из распространенных методов термической обработки является технология лазерной закалки. Сущность выбранного нами метода для данной работы заключается в том, что высококонцентрированный источник энергии — лазерный луч как источник локального термического упрочнения (закалки) обладает существенными технологическими и технико-экономическими преимуществами по сравнению с традиционными технологиями объемной или печной термической и химико-термической обработки.
Рассматривая этот метод с научной точки зрения, лазерное поверхностное упрочнение в значительной степени нивелирует недостатки присущие объемной термической закалке, химико-термической обработке, и в тоже время открывает новые потенциальные технологические возможности в упрочнении поверхностных слоев деталей машин и механизмов [1].
Современный уровень развития лазерной техники и лазерных технологий позволяет рассматривать лазеры как удобный, экономичный и надежный инструмент для поверхностного термоупрочнения широкой номенклатуры деталей машиностроения.
Воздействие лазерного луча на поверхность сталей приводит к комплексному улучшению физико-химических, механических свойств поверхностного слоя, которые проявляются в более высокой дисперсности и изотропности структуры упрочненного поверхностного слоя, повышением микротвердости, теплостойкости, коррозионной стойкости и износостойкости. [2]
Преимущества лазерной закалки можно классифицировать по нескольким видам: технологическим, энергетическим, эксплуатационным, экологическим.
Метод лазерного термоупрочнения (закалки) поверхностных слоев обладает рядом технологических преимуществ по сравнению с традиционными технологиями термообработки, которые проявляются в следующих свойствах [3]:
1. После лазерной закалки не требуется проведение технологической операции отпуска;
2. Отсутствие или минимальные остаточные деформации;
3. Сохранение геометрических размеров детали в пределах поля допуска при лазерной закалке;
4. Повышение твердости закаленного слоя;
5. Повышение износостойкости;
6. Минимальное тепловложение в обрабатываемую деталь;
7. Локальное воздействие на упрочняемую поверхность;
8. Отсутствие охлаждающих жидкостей;
9. Легко поддается автоматизации и роботизации;
10. Снижается длительность термического цикла закалки.
2. Материалы и методы
Известен ряд способов термообработки листовых изделий, в частности зубьев дисков пил [4]. При этом качество режущей поверхности пил (зубьев) зависит как от нагрева поверхности, так и от закалочной жидкости.
Известен также способ закалки зубьев пил в индустриальном масле [5]. Однако, использование масла приводит к опасности возгорания, задымленности рабочих мест, загрязнению окружающей среды, возможности образования трещин на поверхности и разноструктурности в обрабатываемом изделии, в связи с чем снижается стойкость пил, а также повышаются (увеличиваются) эксплуатационные затраты при термообработке.
Способ термической обработки зубьев дисков пилы, включающий нагрев зубьев под закалку и отпуск, охлаждение, при этом нагрев зубьев пилы под закалку и отпуск ведут токами высокой частоты, подаваемыми с генератора на индуктор, при этом нагрев под закалку проводят при определенных значениях силы тока сетки и силы тока анода соответственно 1,6 А и 7,5 А, напряжении анода и контура соответственно 9,0 В и 0,48 В, до 820-850°С и охлаждают в полиакриловой соли железа при температуре 20-40°С, отпуск проводят при значениях силы тока сетки и анода соответственно 0,5 А и 2,5 А, напряжении анода и контура соответственно 3,5 В и 0,18 В при 260-270°С, глубина захода зуба в индуктор составляет 2,0-2,5 мм и окружной скорости вращения диска - 13,75 мм/с [6].
3. Результаты и обсуждение
Основным недостатком известных способов обработки дисков пилы является невозможность обеспечения требуемой твердости поверхностного слоя при более мягкой сердцевине зубьев дисков цилиндров волокноперерабатывающих машин.
Задачей исследования является повышение твердости поверхностного слоя ^=25 мкм) при мягкой сердцевине ^=100-300 мкм) зубьев пильных дисков цилиндров волокноперерабатывающих машин [7].
Поставленная задача упрочнения поверхностного слоя зубьев дисков пил цилиндра волокноперерабатывающих машин решается путем термической и химико-термической обработки зубьев дисковых пил в вакуумной камере импульсными электронными пучками, зубьев дисковых пил путём лазерной обработки после ионного азотирования [8].
Сущность способа термической обработки зубьев дисков пил заключается в том, что поверхностный слой дисковой пилы подвергается ионному азотированию в вакуумной камере, нагреванию до 6500С в среде аргона при давлении 0,4 Па с одновременной ионной очисткой поверхности, ионно-плазменное азотирование проводится при температуре 620-690°С в среде чистого азота в течение 1 ч в газовой среде N2 80% и Ar 20% P=0,3 Па при токе дуги ^ = 80 А и токе дополнительного анода 1да = 75 А, при этом на стол с пильным диском подается напряжение смещения и = -700 В, После азотирования дисковая пила медленно охлаждается в камере до комнатной температуры, зубья дисковой пилы обрабатываются по всей длине непрерывным лучом лазера по боковой поверхности (по периметру), 8 полных витков с шагом 0,5 мм, мощностью 100 Вт, скоростью подачи и обработки 1,6 м/мин с расстояния от головки лазера до поверхности пилы 5-6 мм [9].
Поставленный технический результат достигается тем, что после ионного азотирования высококонцентрированный источник энергии - лазерный луч как источник локального термического упрочнения (закалки) обладает существенными технологическими и технико-экономическими преимуществами по сравнению с традиционными технологиями объемной или печной термической и химико-термической обработки. Рассматривая этот способ с научной точки зрения, лазерное поверхностное упрочнение, в значительной степени нивелирует недостатки присущие объемной термической закалке, химико-термической обработке, и в тоже время открывает новые потенциальные технологические возможности в упрочнении поверхностных слоев деталей машин и механизмов. Данный способ, помимо упрочнения непосредственно самих зубьев, позволяет получить высокое упрочнение венца диска. В зоне лазерного нагрева после охлаждения образуется высокодисперсный мартенсит с повышенной твёрдостью. По глубине светлой зоны h=25 мкм твёрдость меняется незначительно и
составляет 925-990 НУ 0,05 кгс/мм2, а на глубине h=100-300 мкм 890-905 НУ 0,05 кгс/мм2. Твердость светлой закалённой зоны чуть ниже, чем при лазерной закалке без азотирования. Это объясняется присутствием азота, который понижает точку мартенситского превращения и увеличивает количество остаточного аустенита. Твёрдость мартенсита в зоне нагрева на глубине 10 мкм составляла 1015 НУ 0,05 кгс/мм2, а на глубине 50 и 100 мкм 1009 НУ 0,05 кгс/мм2 и 970 НУ 0,05 кгс/мм2 соответственно. Ниже светлой зоны фиксируется игольчатая структура, по-видимому, троостита [10].
На рис. 1 показано упрочнение непосредственно самих зубьев, позволяющее получить высокое упрочнение венца диска. В зоне лазерного нагрева после охлаждения (светлые зоны) образуется высокодисперсный мартенсит с повышенной твёрдостью. По глубине светлой зоны И=25 мкм твёрдость меняется незначительно и составляет 925-990 НУ 0,05 кгс/мм2, а на глубине И=100-300 мкм 890-905 НУ 0,05 кгс/мм2. Твердость светлой закалённой зоны чуть ниже, чем при лазерной закалке без азотирования. Это объясняется присутствием азота, который понижает точку мартенситного превращения и увеличивает количество остаточного аустенита. Твердость темной травящейся зоны находится в пределах 320-350 НУ 0,05 кгс/мм2. Это также ниже, чем в случае способа упрочнения лазерной закалкой без азотирования, но на достаточно высоком уровне. Это объясняться присутствием в этой зоне азота и образованием структуры сорбита из-за изменения критической скорости охлаждения стали.
в)
Рис.1. Азотированная поверхность дисковой пилы волокноотделительной машины типа 5ДП-130. а) образец с азотированным покрытием и лазерной закалкой, б) с азотированным покрытием и последующей лазерной закалкой, в) с азотированным покрытием без лазерной закалки.
На рис. 2 показано изображение после лазерной закалки, где отчётливо выявляется зона нагрева лазерным лучом (светлые участки), глубиной до 200 мкм и длиной 400-450 мкм. При относительно большом увеличении просматривается структура чрезвычайно дисперсного мартенсита, характерного для лазерной закалки. Это свидетельствует о достаточной для образования мартенсита скорости охлаждения зоны нагрева после воздействия лазерного луча. Охлаждение осуществляться путем быстрого отвода тепла в нижележащие зоны диска пилы.
На рис. 3 показана твёрдость мартенсита в зоне нагрева на глубине 10 мкм - 1015 НУ 0,05 кгс/мм2, а на глубине 50 и 100 мкм 1009 НУ 0,05 кгс/мм2 и 970 НУ 0,05 кгс/мм2 соответственно. Ниже светлой зоны (тёмно-травящая зона) фиксируется игольчатая структура, по-видимому, троостита. Об этом свидетельствует измерение по толщине диска (см. таблицу 1.)
Рис. 3. Игольчатая структура троостита после лазерной закалки.
Таблица 1.
Распределение микротвёрдости дисковой пилы, изготовленной _по рекомендуемому способу до лазерной закалки._
Расстояние от поверхности, мкм Твёрдость HV 0,05, кгс/мм2
150 478
200 440
300 440
400 420
500 (середина) 400
4. Заключение
Достигается необходимое упрочнение дисковой пилы в поверхностных слоях после лазерного воздействия, без потери упрочнения по толщине диска за счёт образования троостита. Это также свидетельствует о прогреве внутренних слоёв по толщине диска после лазерного нагрева поверхности.
Способ позволяет получить необходимую прочность поверхностного слоя до требуемой глубины зубьев пильных дисков при достаточно вязкой (менее прочной) сердцевине зубьев пил.
Список литературы
[1] A.S. Abrorov, M.R.Kuvoncheva, O.I. Rajabov, M.A. (2020) Mukhammadov, Sh.M. Jumaev. Method of thermal treatment of saw disk teeth of fiber-processing machines by laser quenching. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/862/3/032034
[2] Obergfell, K., Schulze, V. and Vohringer, O. (2003). Classification of microstructural changes in laser hardened steel surfaces. Materials Science and Engineering, Vol. 355, pp.348-356.
[3] A.Abrorov, M. Gapparova, A.Temirov, N.Mirzakulova. Physical essence and process of laser hardening of circular saw of a saw cylinder. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. India,Vol. 7, Issue 1, January 2020 p.p. 12418-12421.
[4] Л.Д.Соколов, В.М.Гребенник, М.А.Тылкин. Исследование прокатного оборудования. - М.: Металлургия, 1964. - 435 С.
[5] СТП 103-21-94. Стандарт предприятия ОАО «НКМК» «Диски пил горячей резки».
[6] Патент RU № 2259408. Способ термической обработки зубьев дисков пил, С1 опубл. 27.08.2005.
[7] A.S. Abrorov, M.X. Gapparova, A.A. Temirov, N.I. Mirzakulova. Physical essence and process of laser hardening of circular saw of a saw cylinder. // ISSN: 2350-0328 International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. India, Vol. 7, Issue 1, January 2020 p.p. 12418-12421.
[8]Anvar, J., & Ozod, R. (2019). Analysis of the interaction of fibrous material with a multifaceted grid of the cleaner. International Journal of Recent Technology and Engineering.
[9] Urinov, N., Saidova, M., Abrorov, A., & Kalandarov, N. (2020). Technology of ionic-plasmic nitriding of teeths of disc saw of the knot of saw cylinder. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. https://doi.org/10.1088/1757-899X/734/1/012073
[10] A.Abrorov, S.Salimov, I.Sohibov, Ch.Nurkulova. Tempering of the circular saw of fiber separation machines using a 5-coordinate laser machine. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. India,Vol. 7, Issue 2, February 2020 p.p. 12832-12836.
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ И ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ
Яковлев В.П.
Основными требованиями , которым должны отвечать технология и оборудование для сварки в среде защитных газов, являются : получение качественных сварных швов во всех пространственных положениях, повышение скорости сварки и надёжность оборудования. Несоблюдение режимов сварки приводит к браку сварных соединений и конструкций в целом.
С помощью предложенного приспособления можно быстро производить подбор режимов сварки на рабочем месте сварщика, составлять карты технологических процессов сварки в среде углекислого газа малоуглеродистых, низколегированных, нержавеющих сталей стыковых, угловых соединений, а также проводить нормирование сварочных материалов.
Приспособление рекомендуется применять на предприятиях гражданского и военного назначения, использующих автоматическую и полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа, сварщиками-при выборе режимов сварки, инженерами-технологами-при разработке технологических процессов сварки и нормировании сварочных материалов, при обучении сварочным работам в профессионально-технических училищах , учебно-курсовых комбинатах, средних специальных учебных заведениях, курсах повышения квалификации специалистов "сварочного производства", технических ВУЗ-ах и академиях.
