Анализ основных методов повышения износостойкости лап культиваторов

Авторы: Сацик Сергей Павлович

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 20-25

Объём: 0,45

Опубликовано в: «Наука без границ» № 3(31), март 2019

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Сацик С. П. Анализ основных методов повышения износостойкости лап культиваторов // Наука без границ. 2019. № 3(31). С. 20-25.

Аннотация: В статье приведен анализ методов повышения износостойкости лап культиваторов. Повышение износостойкости рабочих органов культиваторов определяется не только важностью сокращения расходов металла на их производительность, но и требованиями их эксплуатации.

Основной причиной нарушения работоспособности деталей и рабочих органов машин, в том числе почвообрабатывающих, является износ. В результате чего изменяются их геометрическая форма и размеры, что отрицательно влияет на агротехнические, энергетические показатели сельскохозяйственной машины: ухудшается качество обработки почвы, увеличивается расход топлива, снижается производительность труда, значительное время тратится на замену и восстановление. Процессы изнашивания характеризуются многообразием влияющих на них факторов.

Существенное повышение долговечности рабочих органов лап культиваторов возможно при использовании эффективных упрочняющих технологий, увеличивающих износостойкость детали и предупреждающих интенсивное изнашивание. Качество и эффективность ремонта деталей зависит, главным образом, от правильности выбора рационального способа восстановления, вида упрочняющей технологии, от себестоимости восстановления, необходимых капиталовложений [1, 2].

Повышение износостойкости рабочих органов культиваторов определяется не только важностью сокращения расходов металла на их производительность, но и требованиями их эксплуатации. К основным направлениям повышения износостойкости лап культиваторов можно отнести:
- усовершенствование конструкции;
- подборка материалов и их обработка;
- упрочнение лезвия и обеспечение самозатачивания.

Стойкость режущих органов сельскохозяйственных машин, в том числе лап культиваторов, измеряемая наработкой до предельного затупления, низкая. Поэтому лапы культиваторов либо эксплуатируются с нарушением агротехнических условий, либо многократно подвергаются ремонту.

Основные методы повышения износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин можно разделить на следующие типы:
- применение износостойких материалов;
- применение биметаллических материалов, полученных наплавкой;
- применение двухслойного проката;
- применение твердых сплавов;

Известные методы условно можно разделить на шесть основных классов упрочнения.

Таблица 1

Методы повышения долговечности

Класс методов

Метод

Упрочнение созданием пленки на поверхности изделия

Осаждение химической реакции

Электролитическое осаждение

Напыление износостойких соединений

Упрочнение изменением химического состава поверхностного слоя металла

Диффузионное напыление

Упрочнение изменением структуры поверхностного слоя

Физико-термическая обработка

Электрофизическая обработка

Механическая обработка

Наплавка легированного металла твердых сплавов

Упрочнение изменением энергетического запаса поверхностного слоя

Обработка в магнитном поле

Упрочнение изменением шероховатости поверхностного слоя

Электрохимическое полирование

Обработка резанием

Пластическое деформирование

Упрочнение изменением структуры всего объёма металла

Термическая обработка при положительных температурах

Криогенная обработка

 

На сегодняшний день наиболее распространённым методом является наплавка легированного металла или твердых сплавов.

Для наплавки в основном используются высокохромистые сплавы, но это только в нашей стране, а за рубежом – сплавы на основе карбида и вольфрама. Сплавы, содержащие карбидную фазу 25-30 %, характеризуются высокой износостойкостью при абразивном изнашивании и наличии ударов [3].

Нанесение износостойких покрытий. Наиболее часто для упрочнения лап культиваторов используют следующие виды наплавки: электродуговую, плазменную, «намораживанием», индукционную, газопламенную. В результате такого технологического воздействия возможно получение слоев требуемой толщины и свойств. Такие методы имеют свои недостатки: сильные термические воздействия, которые приводят к геометрическому изменению детали и потерям дорогостоящих легирующих элементов износостойкого электродного материала; сквозное проплавление, приводящее к дополнительному расходу электроэнергии и выгоранию металла, который обеспечивает упрочняющий эффект; повышение хрупкости из-за структурных изменений, приводящие к снижению сопротивляемости, к трещинообразованию и разрушению [4].

При газовой наплавке используют прутки ацетиленокислородные на основе железа (ПР-С1, ПР-С27), кобальта (ПР-ВЗК, ПР-ВЗКР, ПР-3816К), «Сормайт» твердость покрытия достигает 45-60 HRC. Наплавка пропан-бутано-кислородным пламенем сплавом на основе белого чугуна, который в свою очередь легирован небольшими добавками хрома или марганца, также немного увеличивает износостойкость. Однако, в целом, такая наплавка характеризуется меньшей степенью повышения износостойкости и сложна в исполнении.

Электродуговая наплавка при использовании порошковых проволок Ш1-АН-125, ПП-АН-123 и порошковой лентой ЛС-У10Х7ГР позволяет повысить износостойкость детали в 1,5-2 раза по сравнению с серийным. Общими недостатками такой наплавки являются: получение некачественных покрытий из-за трудности получения равномерного по толщине слоя, возникновение деформаций под действием температуры, высокий процент остаточных напряжений, что приводит к растрескиванию наплавленного слоя.

Индукционную наплавку осуществляют сплавами ПГС-УС25, ФБХ-6-2. По результатам лабораторных испытаний  наибольшей износостойкостью обладает первый. Данный способ имеет большую себестоимость, не смотря на ряд преимуществ при использовании этого метода.

Получение повышенной толщины (до 4,0 мм за один проход) позволяет использование плазменной наплавки. При этом повышается износостойкость на 50 - 70 %. Недостатком такого метода является также высокая себестоимость и сложность технологического процесса.

Наплавка «намораживанием» при использовании сплава ФБХ-6-2 позволяет технологии повысить износостойкость в 2-3 раза. При использовании данной технологии в большинстве случаев наблюдается недостаточная сцепляемость покрытия с основным металлом и повышенный износ упрочненной области.

Применяются также следующие технологии наплавки: механизированная  электродуговая по слою легирующего порошка или пасты, пластинчатым электродом по слою порошкообразной шихты, нанесение на режущую кромку износостойкого сплава и флюса в жидком состоянии с последующим сплавлением с основной в печи [5, 6].

Химико-термическая обработка. С помощью химико-термической обработки можно изменить качество поверхностей деталей и обеспечить высокие эксплуатационные свойства (износостойкость, усталостная прочность и др.). А в ряде других случаев является наиболее эффективным методом повышения долговечности деталей почвообрабатывающих машин.

Сущность метода заключается в диффузионном насыщении поверхностных слоев деталей одним или несколькими химическими элементами.

С помощью этого метода удается существенно изменить физико-механические и электрохимические свойства не только поверхностных слоев, но и детали в целом.

Одним из главных преимуществ данного метода является получение поверхностного слоя с высокой микротвёрдостью, которую невозможно получить широко известными способами поверхностной обработки [7].

Диффузионное насыщение карбидообразующими элементами осуществляется в газовой и жидкой средах с помощью порошков и обмазок. На сегодняшний день наиболее эффективным является насыщение деталей в вакуумной среде. Данный метод позволяет отслеживать ход процесса, сокращает время прогрева детали и улучшает условия труда.

Титанирование порошковыми смесями является более простым и экономическим способом получения покрытий, данный метод не требует специального и дорогого оборудования, при этом достаточно экономично используются исходные составляющие смеси за счет многократного их использования (до 25 раз) без заметного снижения скорости наращивания, при значительной толщине диффузионного слоя.

При насыщении сталей такими металлами как Cr; Ti; W; Ne и др. в поверхностном слое образуются карбиды, имеющую высокую износостойкость и твердость.

Процентное содержание углерода и легирующих элементов влияет на толщину слоя. Процесс титанирования протекает быстрее, чем хромирования. Для обычных углеродистых сталей глубина титанированного слоя примерно 0,04-0,06 мм.

Самозатачивание. Сущность самозатачивания заключается в том, что рабочие органы культиваторов изготавливают из двухслойного лезвия, при контакте которого с почвой износ каждого слоя зависит от износостойкости материала. Тем самым износ материала происходит с разной скоростью (интенсивностью износа).

Многими исследователями были проведены многочисленные эксперименты по получению двухслойных самозатачивающихся лезвий плужных лемехов путем наплавки твердыми сплавами: шихта В-9, «Сормайт-1», а также поверхностной закалкой, электроискровым упрочнением, хромированием и др.

В ходе полевых испытаний лемеха наблюдалось в некоторых зонах хорошее самозатачивание, а в другом случае затупление и необходимость дальнейшего ремонта в связи с образованием отрицательного угла резания.

Обобщив опыт хозяйств по упрочнению плужных лемехов путем наплавки твердых сплавов и изучив изнашивание в разных почвах, был получен эффект самозатачивания двухслойных лезвий как на лемех, так и на лапу культиватора [8].

Было установлено, что изменение формы лезвия зависит от износостойкости слоев толщины твердого слоя, изнашивающей способности почвы и распределения давлений на лезвия лапы.

Наилучший метод для достижения эффекта самозатачивания – это применение наплавки твердых сплавов на рабочий орган почвообрабатывающих машин.

Эффективность самозатачивания лезвий весьма велика, по сравнению с серийными лапами, а их износостойкость увеличивается в 3-4 раза.

Для достижения эффекта самозатачивания почворежущего лезвия достаточно иметь только два слоя: первый - износостойкий, обеспечивающий работоспособность лезвия; второй, придающий лезвию необходимую прочность. При этом расположение режущего слоя не имеет значения. При любом расположении режущего слоя на лезвии несущий слой должен изнашиваться так, чтобы режущий слой постоянно выступал [9].

Одной из основных причин нарушения агротехнических требований и общего ухудшения показателей работы почвообрабатывающих машин является изменение формы рабочих органов в результате изнашивания. Для обеспечения необходимых агротехнических требований необходимо толщину режущего слоя установить заведомо меньше предельного значения толщины лезвия для данных почвенных условий.

Анализ существующих методов повышения износостойкости лап культиваторов показал повышение износостойкости не только важностью сокращения расходов металла на их производительность, но и требованиями их эксплуатации. Основные методы повышения износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин не позволяют добиться нужных физико-механических свойств. Упрочнение наиболее распространёнными методами позволяет увеличить износостойкость до 2 раз, но не всегда экономически целесообразно в виду сложности технологии и высокой себестоимости процесса [10, 11].

Применение диффузионной металлизации – один из возможных методов повышения износостойкости рабочих органов культиваторов для достижения необходимых физико-механических и электрохимических свойств. Одним из главных преимуществ данного метода является получение поверхностного слоя с высокой микротвёрдостью, которую невозможно получить широко известными способами поверхностной обработки.

Список литературы
1. Кравченко И. Н. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники: учебное пособие / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Д. И. Петровский, Ю. В. Катаев // М.: ФГБНУ «Росинформагротех». 2018. 184 с.
2. Кравченко И. Н. Применение плазменно-напыленных ферроокислов для поршневых колец автотракторных двигателей / И. Н. Кравченко, А. А. Пузряков, Ю. В. Катаев, И. Е. Пупавцев, Д. Г. Гречко // Труды ГОСНИТИ. 2016. Том 122. С. 188-193.
3. Кравченко И. Н. Методика обоснования структурных элементов обслуживания мобильного парка сельскохозяйственных машин / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев, М. С. Овчинникова // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 41-46.
4. И. Н. Оценка остаточных напряжений и прочности покрытий повышенной толщины при послойном их формировании / И. Н. Кравченко, О. В. Закарчевский, Ю. В. Катаев, А. А. Коломейченко // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 171-175.
5. Катаев Ю. В. Роль инженерно-технического обеспечения в сельскохозяйственном производстве / Ю. В. Катаев, Е. Ф. Малыха // Наука без границ. 2018. № 8(25). С. 19-23.
6. Кравченко И. Н. Подготовка поверхностей деталей для нанесения упрочняющих покрытий / И. Н. Кравченко, Ю. В. Катаев, В. А. Сиротов, Я. В. Тарлаков // Сельский механизатор. 2017. № 8. С. 36-38.
7. Катаев Ю. В. К вопросу технической оснащенности агропромышленного комплекса Российской Федерации сельскохозяйственной техникой / Ю. В. Катаев, Е. Ф. Малыха // с. Соленое Займище. ФГБНУ «ПНИИАЗ». 2017. С. 666-676.
8. Катаев Ю. В. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне / Ю. В. Катаев, Е. Ф. Малыха, Д. Г. Вялых // Наука без границ. 2017. № 11(16). С. 60-64.
9. Малыха Е. Ф. Современные формы организации технического сервиса / Е. Ф. Малыха, Ю. В. Катаев // Экономика сельского хозяйства России. 2018. № 3. С. 27-33.
10. Катаев Ю. В. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне / Ю. В. Катаев, Е. Ф. Малыха, Д. Г. Вялых // Наука без границ. 2017. № 11(16). С. 60-64.
11. Корнеев В. М. Система обеспечения работоспособности техники в агропромышленном комплексе / В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев // В сборнике: Аграрная наука в условиях модернизации и инновационного развития АПК России. Сборник материалов Всероссийской научно-методической конференции с международным участием, посвященной 100-летию академика Д. К. Беляева. 2017. С. 86-91.

Материал поступил в редакцию 24.03.2019
© Сацик С. П., 2019