Суббота, 03.12.2016, 03:17
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

В.И.Пындак1, А.Е.Новиков1,2, С.Д.Фомин1, В.В.Калиниченко1
1волгоградский государственный аграрный университет, 2Волгоградский государственный технический университет

Предложено рабочие органы для поверхностной обработки почвы изготавливать из низкоуглеродистой стали типа 20, 20Х и т.п., которая обладает высокой ударной вязкостью, хорошо штампуется, сваривается и затачивается. После формирования геометрии рабочего органа и заточки лезвия деталь подвергается цементации и последующему лазерному упрочнению. Почвообрабатывающие рабочие органы характеризуются интенсивным износом, для них приемлемыми будут стали с высокой твёрдостью на поверхности и на глубине h = 0,3-0,8 мм. Установлено, что при отсутствии предварительной термообработки и глубине цементации образцов h = 0,5 мм высокая микротвёрдость Нц = 7000-9070 МПа фиксируется на глубине до 0,25 мм, после чего твёрдость «проваливается». На образцах после термоциклической цементации на глубину h = 0,8 мм и предварительной закалки изменение микротвёрдости характеризуется относительной стабильностью, а на глубине h > 0,25 мм превосходит образцы без предварительной термообработки.

Ключевые слова: рабочий орган, низкоуглеродистая сталь, цементация, термообработка, лазерная обработка, износостойкость, трение.
Проблемам повышения износостойкости и эксплуатационных показателей почвообрабатывающих рабочих органов посвящено множество разработок и исследований. Но срок службы, энергоёмкость и ряд других показателей современных рабочих органов не дают оснований считать их оптимальными.

 

Одним из направлений в решении этой научно-технической проблемы является лазерное упрочнение. Установлено, например [3, 4], что после лазерной обработки образцов из высокоуглеродистых сталей типа 70 и 65Г их износ снижается в 8,0-9,5 раза (по сравнению с образцами после нормализации) и в 3,5 раза (по сравнению с образцами после закалки на твёрдость HRC 60); микротвёрдость H^ образцов после лазерного упрочнения достигала 11 000 МПа (!).

Доказано [2], что эффективность лазерной обработки не зависит от наличия или отсутствия предварительной термообработки. Это означает, что лазерное упрочнение можно реализовать на «сырых деталях» - без их традиционной термообработки - закалки, нормализации и т.п. Благодаря этому, снижается трудоёмкость и энергоёмкость изготовления детали.

В нашей разработке [5, 6] предложено рабочие органы для поверхностной обработки почвы, в частности, лапы культиваторов, изготавливать из низкоуглеродистой стали типа 20, 20Х и т.п., которая, как известно, обладает высокой ударной вязкостью, хорошо штампуется, сваривается и затачивается. После формирования геометрии лапы и заточки рабочего лезвия такая деталь подвергается цементации - для науглероживания поверхностного слоя. Это необходимо для последующего лазерного упрочнения, поскольку эффективность лазерной обработки проявляется лишь по отношению к высокоуглеродистым сталям и чугунам. С другой стороны, цементация - это также упрочнение и повышение износостойкости рабочего органа, а последующая лазерная обработка усиливает этот эффект.

Модернизированная лапа культиватора со своим рабочим лезвием имеет износостойкую накладку с дополнительным лезвием (рис. 1). Лапа и накладка изготавливаются из стали 20 и свариваются между собой, при этом выдвинутая за пределы лапы накладка несёт функции долота. Цементация и последующая лазерная обработка производятся по всему лезвию лапы, по лезвию и доступным поверхностям долота.

Лапа культиватора
Рисунок 1 – Лапа культиватора

Наряду с повышением износостойкости, цементация и главным образом лазерное упрочнение способствуют снижению коэффициента трения рабочих поверхностей лапы и долота относительно почвы. По данным [1], отмечено снижение до 30 % (!) коэффициента трения лазерно-упрочнённых поверхностей при ударно-гидроабразивном износе. Соответствующие показатели при взаимодействии упрочнённых рабочих органов с почвой предстоит определить и оптимизировать, но снижение сил трения после лазера фиксируется и некоторыми другими авторами.

Лабораторные исследования проводили на образцах из стали 20. На первом этапе были образцы после цементации, но без лазерной обработки (табл. 1). Образцы под номерами 1, 3 и 4 (первая группа) имели глубину цементации h = 0,5 мм и концентрацию углерода C = 0,8 %; в образцах 2, 5 и 6 (вторая группа) h = 0,8 мм; C = 1,0 %. Из таблицы следует, что наибольшую твёрдость имеют образцы: после термоциклической цементации с последующим охлаждением с печью плюс закалка при 800 °С (HRA 88); то же, но закалка при 760 °С (HRC 52). Эти сопоставимые данные получены на второй группе образцов. Таблица показывает также, что незначительное снижение температуры закалки (с 800 до 760 °С) приводит к повышению твёрдости на поверхности образцов.

Таблица 1 - Результаты испытаний твердости образцов из стали 20
Результаты испытаний твердости образцов из стали

В дальнейшем объектами исследований были образцы первой (№ 1) и второй (№ 6) групп при скорости лазерной обработки v, а также при наличии или отсутствии оплавления упрочнённой зоны:
а) v = 31 мм/с, начало оплавления; б) v = 23,7 мм/с, начало оплавления;
в) v = 45 мм/с, без оплавления; г) v = 25,7 мм/с, без оплавления.

Выявлены следующие особенности:
1)    при снижении скорости v микротвёрдость Щ и твёрдость HRC повышаются;
2)    максимум Щ = 9070 МПа (HRC 64) фиксируется на образцах № 1 при минимальной скорости v (режимы б и г) - при HB 120;
3)    это подтверждает независимость эффекта лазерного упрочнения от наличия или отсутствия предварительной термообработки;
4)    при отсутствии предварительной термообработки твёрдость Щ и HRC на поверхности после лазера (образец № 1) была даже выше, чем после предварительной закалки (образец № 6);
5)    однако, по мере увеличения глубины цементации в образцах № 6 (h > 0,3 мм) твёрдость превышает показатели образцов № 1.

Микротвёрдость образцов

Рисунок 2 – Микротвёрдость образцов в режиме б
Эти противоречивые данные наглядно подтверждают рисунок 2 (на примере наиболее эффективного режима б). На образце № 1 (при отсутствии предварительной термообработки и h = 0,5 мм) высокая микротвёрдость H^ = 7000-9070 МПа фиксируется лишь на глубине h до 0,25 мм, после чего твёрдость «проваливается». На образце № 6 (после термоциклической цементации, наличии предварительной закалки и h = 0,8 мм) микротвёрдость сначала уступает образцу № 1, а на глубине h > 0,25 мм превосходит её, при этом изменение H^ характеризуется относительной стабильностью. Получены и другие экспериментальные данные, свидетельствующие об этом же.

Это позволяет сделать заключение, что отмеченная особенность о независимости лазерной обработки от предварительной термообработки справедлива только для поверхностного упрочнённого слоя и не распространяется, по крайней мере, на образцы из низкоуглеродистой стали, подвергнутые цементации. Почвообрабатывающие рабочие органы характеризуются интенсивным износом, для них более приемлемыми будут стали с высокой твёрдостью не только на поверхности, но и на глубине h > 0,3 мм (вплоть до 0,8 мм).

По результатам стендовых испытаний на образцах в абразивной среде подтверждена высокая износостойкость высокоуглеродистых (C до 0,7 %) и низкоуглеродистых (C ~ 0,2 %), но подвергнутых цементации (С = 0,8-1,0 %), сталей с лазерной обработкой. Повышению эксплуатационных показателей почвообрабатывающих рабочих органов будет способствовать и формирование высоких триботехнических свойств деталей и, в частности, их рабочих лезвий. Известный специалист по машиноведению Е.И. Тескер считает [7], что износостойкая наплавка рабочих поверхностей хорошо сочетается с последующим лазерным упрочнением (это, отнюдь, наплавка не сормайтом).

Подобные технологии имеют перспективу и по отношению к почвообрабатывающим рабочим органам.

 

Библиографический список

1. Асеева, Е.Н. Формирование высоких триботехнических свойств деталей лазерной обработкой [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Е.Н. Асеева. - Волгоград, 2000. - 20 с.
2. Асеев, Н.В. Влияние предварительной термической обработки стали 70 на эффективность лазерного упрочнения [Текст] /Н.В. Асеев, Б.И. Журавлев, В.И. Пындак // Металловедение и прочность материалов: сб. науч. тр. - Волгоград, 1986. - С. 94-99.
3. Борисенко, И.Б. Совершенствование ресурсосберегающих и почвозащитных технологий и технических средств обработки почвы в острозасушливых условиях Нижнего Поволжья [Текст] : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / И.Б. Борисенко. - Чебоксары, 2006. - 43 с.
4. Пындак, В.И. Повышение износостойкости деталей машин лазерным упрочнением [Текст] / В.И. Пындак // Техника в сельском хозяйстве. - 1995. - № 1. - С. 32.
5. Пындак, В.И. Высокоэффективное поверхностное упрочнение деталей из низкоуглеродистых сталей [Текст] / В.И. Пындак, Л.В. Чернов, В.А. Емельянов // Проблемы АПК: материалы Междунар. научно-практ. конф. - Волгоград, 2003. - С. 85-87.
6. Режущий рабочий орган для обработки почвы [Текст] : патент № 2206190 РФ /В.И. Пындак, Л.В. Чернов, В.А. Емельянов [и др.]. - Опубл. 2003.
7. Тескер, Е.И. Применение новых импортозаменяющих лазерных технологий и нано- конструктуированных покрытий [Текст] / Е.И. Тескер // Стрежень: Научный ежегодник. - Вып. 10. - Волгоград: Издатель, 2012. - С. 93-100.
УДК 631.354.2

Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование № 2 (34), 2014

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (03.02.2016)
Просмотров: 197 | Теги: почвообрабатывающий | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016