Анализ конструктивных особенностей плужных лемехов и способы повышения их износостойкости

Лемех - наиболее сложный, металлоемкий и самый быстроизнаши- вающийся орган плуга. Основные требования к нему [194]:

  • - срок службы до выбраковки или ремонта не менее сезона;
  • - соблюдение основных агротехнических требований в течение срока службы: хорошая заглубляемостъ, равномерная глубина вспашки;
  • - обеспечение минимальных энергозатрат при вспашке (минимальное тяговое сопротивление);
  • - технологичный в изготовлении и относительно дешевый.

Как показывает практика, большинство из этих требований не выполняется, в результате стали создаваться лемеха различных форм и типов.

Геометрическая форма лемеха оказывает большое влияние на тяговое

сопротивление плуга. Все это определило необходимость изучения работы лемеха, изыскания новых конструкций, способов предотвращения износа и методов поддержания их работоспособности. Основные типы лемехов представлены на рисунке 2.2.

Виды лемехов

Рисунок 2.2 - Виды лемехов

Наиболее простым по конструкции является трапецеидальный лемех, лезвие которого параллельно его спинке (рис. 2.3, а.).

Основными достоинствам этого лемеха являются его технологичность и дешевизна конструкции, обусловленные возможностью его изготовления из листового проката. Наиболее существенным недостатком его является быстрая утрата заглубляющей способности и, как следствие, снижение равномерности глубины вспашки, т. е. нарушение одного из главных критериальных показателей его работы.

Конструкции лемехов

Рисунок 2.3 - Конструкции лемехов: а - трапецеидальный П-702; б - трапецеидальный с переменной шириной ЛДО-С21

Трапецеидальный лемех ЛДО-021(рис. 2.3, б.) содержит режущую часть с прямолинейным лезвием, ребро жесткости со стороны нерабочей поверхности, расположенное параллельно лезвию и выполненное по всей его длине. Ширина лемеха увеличивается от пятки к носку. Для увеличения прочности износостойкости лемеха производится местная закалка.

Отличительной особенностью лемеха ЛДО-021 по сравнению с серийным лемехом П-702 является то, что он выполнен трапецеидальным с переменной шириной, имеет ребро жесткости для увеличения прочности и изготовлен из лемешной полосы постоянного профиля. Последнее обстоятельство делает этот лемех более технологичным при изготовлении.

Недостатком его является повышение массы по сравнению с серийным на 0,35 кг и недостаточная прочность и износостойкость в носовой части.

Для увеличения ресурса трапецеидального лемеха были проведены исследования по разработке составного лемеха со сменным лезвием. По замыслу разработчиков [22], конструкция составного лемеха (рис. 2.4) должна была обеспечить увеличение его ресурса за счет изготовления сменной узкой полосы лезвия из износостойкой стали Х12Ф1 и существенную экономию металла вследствие сохранения в качестве незаменяе- мой основы корпуса лемеха, содержащего около 80 % всего лемешного материала.

Такой лемех не нашел практического применения по целому ряду причин ни в нашей стране, ни за рубежом. Он недостаточно технологичен, так как требует механической обработки достаточно протяженной поверхности, его болтовые соединения недостаточно надежны, ему присущи все недостатки, характерные для трапецеидальных лемехов.

Оборотный лемех (рис. 2.5) имеет форму параллелограмма с режущими кромками на его длинных противоположных сторонах и ряд крепежных отверстий, расположенных на одной оси.

Составной трапецеидальный лемех со сменным лезвием

Рисунок 2.4 - Составной трапецеидальный лемех со сменным лезвием: 1 - корпус лемеха; 2 - сменное лезвие

Лемех имеет и второй ряд крепежных отверстий, расположенных по другой оси. Оси рядов отверстий параллельны друг другу и расположены под острым углом к режущим кромкам так, что расстояние от осей до режущих кромок выполнено увеличивающимся в направлении острых углов параллелограмма. Режущие кромки могут быть выполнены с углами заточки, уменьшающимися в направлении острого угла параллелограмма (а.с. №93617).

Оборотный лемех

Рисунок 2.5 - Оборотный лемех

Долотообразный лемех (рис. 2.6, а, б) имеет удлиненный носок в виде долота, благодаря чему он лучше заглубляется и более устойчив в работе. На тыльной стороне лезвия и носка лемех имеет запас металла (магазин), предназначенный для оттяжки металла в зону износа при ремонте. Так как в настоящее время кузнечная оттяжка лемехов не применяется, запас металла выполняет роль ребра жесткости, что обеспечивает лемеху большую прочность на изгиб.

Изготавливается долотообразный лемех из специального лемешного периодического проката в двух исполнениях: П-702 и ПНЧС-702. В связи с чем, что у лемеха ПНЧС-702 увеличено плечо действия изгибающей силы, сосредоточенной на конце носка, с 210 до 230 мм, эти лемехи подвержены

более частой выбраковке в процессе эксплуатации из-за изгиба и поломки относительно опасного сечения в зоне первого крепежного отверстия.

Конструкции лемехов

Рисунок 2.6 - Конструкции лемехов: а - долотообразный П-702; б - долотообразный ПНЧС-702

Материал для их изготовления - сталь Л-53 с местной закалкой и отпуском на твердость 39.. .42 HRC [242].

К недостаткам этих лемехов следует отнести следующее:

  • - носовая часть лемеха имеет недостаточно прочное сечение. Толщина и угол заточки лезвия в носовой части такие же, как и на лезвийной части, поэтому, при вспашке песчаных, супесчаных и легких суглинистых почв лицевая сторона носка интенсивно изнашивается, особенно при наличии каменистых включений, в результате чего лемех имеет ограниченный ресурс даже в случае упрочнения его наплавкой с обратной стороны;
  • - от конца носка до первого крепежного отверстия достаточно большое расстояние, а значит, и большой изгибающий момент испытывает лемех в сечении, проходящем через это отверстие, поэтому при наезде на различные препятствия имеет место деформация и поломка носка.

Практический интерес представляет составной долотообразный лемех со сменным долотом (рис. 2.7).

Составной долотообразный лемех со сменным долотом

Рисунок 2.7 - Составной долотообразный лемех со сменным долотом: 1 - корпус лемехас лезвием; 2 - сменное долото

Основным достоинством лемеха со сменным долотом является то, что он позволяет более эффективно использовать металл корпуса лемеха с лезвием. Так как интенсивность изнашивания носка значительно превышает интенсивность изнашивания лезвия, за срок службы одного лезвия мо-

жет быть установлено два или более долот. Кроме того, при изгибе или изломе носка необходимо заменить один носок, а не весь лемех полностью.

Недостатками его является снижение технологичности при изготовлении за счет дополнительной механической обработки поверхностей соединения корпуса лемеха и долота, а также необходимость изменения конструкции башмака и стойки серийного плуга [263].

Треугольные лемеха (рис. 2.8) применяют на некоторых специальных плугах, картофелекопателях, канавокопателях и рыхлителях, когда требуется создать большое давление лезвия на отрезаемый почвенный пласт.

Для вспашки каменистых почв, раскорчеванных участков при большой глубине вспашки применяют усиление лемеха с щекой, приваренной снизу к носку, а также лемеха с долотом.

Конструкция треугольного лемеха

Рисунок 2.8 - Конструкция треугольного лемеха

В 70-е годы прошлого века широко испытывались свальные зубчатые лемехи (рис. 2.9) для тяжелых (а) и плотных сильно иссушенных почв (б) [14].

Сварные зубчатые лемеха

Рисунок 2.9 - Сварные зубчатые лемеха

Такие лемеха хорошо зарекомендовали себя на вспашке сухих не каменистых почв, однако на увлажненных и мягких почвах, засоренных камнями, они получали отрицательные отзывы, вызванные поломками носового зуба, забиванием межзубового пространства и в связи с этим возрастанием силы тяги и выглублением плуга [22].

Для устранения недостатков в конструкциях лемехов, возникающих в процесс эксплуатации, авторами предлагались различные направления решения этих проблем.

Для повышения крошения почвы при вспашке предлагались лемеха, изображенные на рисунке 2.10, а (а. с. № 1759249), б (а. с. № 1759250), в (а. с. № 954006), г (а. с. № 1496649). У первых двух лемехов это достигается за счет заостренных выступов на рабочей плоскости режущей части, а у двух других - за счет выступов и выемок, выполненных в форме параболических кривых.

Однако такие поверхности склонны к образованию «мертвых зон», где происходит налипание почвы и, как следствие, снижение их крошащей способности и увеличение тягового сопротивления плуга.

Конструкция лемехов с повышенным крошением почвы при вспашке

Рисунок 2.10 - Конструкция лемехов с повышенным крошением почвы при вспашке

Представляет интерес конструкция лемеха, предложенная Заца- ринным А. А. [126] (рис. 2.11). Для упрочнения носка и повышения его износостойкости на линии, проведенной из начала носка до первого крепежного отверстия, выпггамповано ребро жесткости и нанесена наплавка в виде полос, параллельных оси симметрии носка, а на тыльной стороне - параллельно полевому обрезу.

Наплавка нанесена по всей толщине основы лемеха на полевом обрезе и на обеих сторонах лезвия точечной наплавкой износостойкого элемента. Полосовая и точечная наплавка на противоположных сторонах размещена со смещением (сечение Б-Б, рис. 2.11, б).

Недостатками этого лемеха являются сравнительно быстрое затупление его лезвия при пахоте плотной, низкой влажности суглинистой и глинистой почвы, необходимость его неоднократной перезаточки, технологичная сложность его изготовления.

Плужный лемех с криволинейным участком изгиба

Рисунок 2.11- Плужный лемех с криволинейным участком изгиба

Сравнительный анализ конструкций лемехов показал, что требованиям по простоте конструкции, функциональной надежности, технологичности, эксплуатационной экономичности наиболее полно отвечают цельные трапецеидальные лемеха, изготовленные из полосового или периодического проката. Их недостатком является небольшой ресурс по сравнению с остальными.

Способы повышения износостойкости плужных лемехов

Значительный вклад в разработку способов, повышения ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин внесли: А. Н. Розенбаум [235], П. Н. Львов [264], М. М. Хрущев [291], В. С. Новиков [193], Д. Б. Бернштейн [04], А. Ш. Рабинович [72], А. М. Михальченков [52], В. М. Константинов [118], И. Ш. Белинигер [14], О. И. Рылов [255] , В. Н. Ткачев [262], С. А. Сидоров [78], А. Н. Батищев [16], Б. И. Костецкий [120], В. Н. Винокуров [47], М. Н. Ерохин [77], М. М. Тененбаум [264], и др.

Основные способы повышения ресурса рабочих органов, на основании анализа литературных источников [22-26, 28, 42 - 50, 78 - 81], представлены на рисунке 2.12.

Применение износостойких материалов при изготовлении, исследовано А.Н. Розенбаумом [235]. Изучалось влияние кремния, титана, ванадия, кремния совместно с марганцем. Результаты исследований показали, что износостойкость стали при абразивном изнашивании тем выше, чем больше в них содержится углерода. Наиболее сильное влияние на износостойкость оказывает присутствие в структуре стали карбидов. Кремний оказывает положительное влияние на износостойкость сталей, но из-за низкой твердости эти стали для лемехов не применяются. Способствуют повышению износостойкости стали титан, ванадий и вольфрам. Рекомен-

дуется также при односторонней закалке лемеха применять стали с возможно более высоким содержанием углерода [235].

Способы повышения износостойкости плужных лемехов

Рисунок 2.12 - Способы повышения износостойкости плужных лемехов

Введение в сталь легирующих элементов исследовалось в работе [235]. Результаты опытов позволяют сделать вывод, что износостойкость сталей для лемехов можно повысить на 30-50 %, увеличив в них от 1,5 до 2% С; от 6 до 12 % Si и при введении до 1,5-2 % Сг и V. Однако, применение перечисленных элементов в качестве легирующих влечет за собой значительное удорожание стали, что экономически нецелесообразно.

Применение чугуна для изготовления лемехов позволяет производить законченные изделия по наиболее короткому циклу: жидкий металл - готовое изделие. Исследование по применению высокопрочного чугуна

для изготовления лемехов производилось в трех направлениях:

  • - получение трехслойного лемеха с отбеленной поверхностью, отбеленным лезвием и с вязкой сердцевиной в сыром (без отжига) состоянии;
  • - получение лемеха со сквозным отбелом, последующим отжигом спинки и сохранением отбеленного лезвия;
  • - получение лемеха отжигом всей отбеленной отливки с закалкой лезвия [90].

По первому варианту получили отбеленную износоустойчивую корку, толщина которой от 1,0-1,5 мм в верхней части возрастала до 3,0— 3,5 мм в направлении к лезвию. Само лезвие имело сквозной отбел. Однако трехслойный чугунный лемех при полевых испытаниях не показал ни требуемой прочности, ни высокой износостойкости [90].

Второй вариант - отливка лемеха со сквозным отбелом и последующим отжигом крепежной его части - спинки. В этом случае место крепления получается вязким, а рабочая часть - лезвие - твердым и износостойким при рациональном использовании начальной твердости отливки. Полевые испытания показали малую прочность данных лемехов.

Третий вариант предусматривал отливку лемехов со сплошным отбелом, путем термообработки получили перлитную структуру закалкой лезвия. Испытания этих лемехов показали удовлетворительные результаты [90].

Лемеха, изготовленные по данному способу, из-за их невысокой прочности не получили широкого применения 169].

Для увеличения износостойкости при абразивном изнашивании рабочих органов почвообрабатывающих машин, в частности лемехов, фирмы "Lodpe Ceramic" и "Morgan Matrok" (Великобритания) приступили к выпуску керамических лемехов, срок службы которых по износостойкости превосходит стальные в 12 раз, однако стоимость их изготовления очень велика.

В процессе использования обнаружились недостатки этих лемехов: при динамической нагрузке появляются сколы, что приводит к образованию трещин [169, 90].

Анализируя материалы и технологии, применяемые для изготовления лемехов, можно сделать следующий вывод. Основным материалом для изготовления лемехов, являются железоуглеродистые сплавы - сталь и чугун. Для повышения их износостойкости и прочности производят их легирование различными химическими элементами. Высокие цены на высоколегированные стали и сложные технологии изготовления лемехов, требующие применения специального дорогостоящего оборудования, являются основанием для поиска новых технологических решений для изготовления дешевых лемехов.

Одним из способов термической обработки материалов рабочих органов является поверхностная закалка. Для поверхностной закалки лемехов, изготовляемых из профильной стали Л53, применялась кислородо-

ацетиловая горелка. Закаленная полоса располагалась вдоль режущей кромки лемеха. Твердость после закалки составляла HRC 65-67. В результате испытаний установлено, что поверхностно-закаленные лемеха показали наиболее удовлетворительные результаты работы [76].

Как подтвердили проведенные опыты, закалка носков самозатачивающихся долотообразных лемехов обеспечивает увеличение срока службы в 1,5-2 раза. Повышение износостойкости материала несущего слоя на носке объемной закалкой до твердости 35-45 HRC выравнивает скорости износа слоев [173].

И. Ш. Белинигер [4] исследовал возможность повышения долговечности лемехов в результате поверхностной закалки лезвия токами высокой частоты. Этот метод не нашел практического применения, т. к. затраты не компенсируются эффектом от повышения износостойкости.

Были проведены исследования по повышению износостойкости стали путем применения изотермической обработки. Такой метод обеспечивает прочность и пластичность при минимальных внутренних напряжениях [75].

Изометрическая обработка позволяет получить более высокую износостойкость (на 20-30 %), чем обыкновенная закалка с последующим отпуском. Сталь 65Г, обработанная изотермически, имеет износостойкость в 1,7 раза большую, чем при обычной закалке. Но после ремонта лемехов эти преимущества исчезают, т.к. в условиях ремонтных предприятий изотермическую закалку выполнить практически невозможно.

Работы по наплавке рабочих органов были начаты в ВИСХОМе в 30-х годах XX века. Наиболее широко в ремонтных условиях распространилась наплавка лемехов сплавом «Сормайт» с применением газового пламени [81]. Газовая наплавка обеспечивает получение на лезвии прочно удерживающегося слоя равномерной толщины. Однако производительность ручной газовой наплавки очень мала. Так, для покрытия площади в 1 см2 расходуется 1,0-1,5 г сормайта, при этом за час работы наплавляется площадь 100-140 см2. Процесс наплавки одного лемеха длится 15-20 мин, расход карбида кальция составляет 0,85 кг и кислорода 0,165 м3.

Одним из новых направлений повышения долговечности рабочих органов является применение металлокерамических покрытий [217, 227- 231, 242, 248, 256, 263].

Технология упрочнения керамическими материалами в общем случае заключается в том, что поверхности рабочих органов, подвергающиеся наибольшему воздействию почвы, а следовательно, и наиболее изнашиваемые, защищаются керамическими пластинами. Крепление пластин на поверхностях рабочих органов осуществляется с помощью высокопрочного клея [22, 45].

Известен также способ нанесения комплексных покрытий электро- импульсным припеканием. Для упрочнения деталей машин методом при- пекания широко используются порошковые материалы. Среди них механические смеси, состоящие из металлических порошков матрицы (на основе железа, никеля, меди и др) и наполнителей (карбидов, оксидов, сплавов на основе железа, графита, дисульфида молибдена, полимеров и т. д.) [46]. Нанесение комплексных покрытий электроимпульсным припеканием обеспечивается электр о нагревом порошка, помещенного между деталью и электродом, за счет тепловой энергии, выделяемой электрическим током на участке активного сопротивлении. Использование механических смесей дает возможность, варьируя составом смеси (химическим и количественным) и размерами частиц, достигать необходимого качества и свойств покрытия.

Широкое применение для упрочнения деталей получила термодиффузионная металлизация (титанирование, хромирование). Одним из преимуществ этого метода является хорошая сцепляемость между основным и твердым слоем [103]. Но у этого метода есть свои недостатки. Длительность процесса - основной недостаток, выдержка 8 ч, сушка тыльной стороны после обмазки защитной смесью -2 ч, отпуск -2 ч.

В последнее время более широкое распространение получила плазменная наплавка порошковых твёрдых сплавов. Так, в работе [108] приводятся данные стендовых и эксплуатационных испытаний таких наплавочных материалов, как ПГ-С27, ГТГ-ФБХ-6-2, ПС-14-60. Авторами отмечаются повышенные физико-механические характеристики полученных плазменных покрытий по сравнению с индукционной наплавкой тех же материалов. Исследуемые покрытия позволяют повысить износостойкость рабочих органов в среднем в 2,7 раза.

Наплавка намораживанием является высокопроизводительным способом получения износостойких покрытий необходимой толщины с высокими физико-механическими свойствами. При этом в качестве материалов для наплавки предлагаются твёрдые сплавы ПГ-ФБХ-б-2, ПГ-С27, ПГ-С1, ПГ-УС25-1 или их смеси [138-142]. Для защиты от выгорания легирующих элементов, поглощения окислов и загрязнений, смачивания и защиты от окисления наплавляемой поверхности в данном способе применяется флюс АН-348А, который засыпается в тигель индукционной печи.

Износостойкий слой, получаемый намораживанием, имеет твёрдость порядка HRC 52-55 при толщине покрытия 1-3 мм. Данный способ отличается высокой износостойкостью покрытия вследствие характерного для пего строения наплавленного слоя: направленная кристаллизация твёрдого сплава позволяет получать параллельно расположенные столбчатые кристаллиты, ориентированные перпендикулярно поверхности основного металла.

Необходимо отметить, что данный способ предъявляет повышенные требования к квалификации рабочего, занятого на операциях технологического процесса намораживания. При недостаточной квалификации персонала, а также при отклонении от заданных параметров проведения процесса велика вероятность получения некачественного покрытия.

Обращает на себя внимание способ повышения износостойкости поверхностных слоев материала рабочих органов диффузионной металлизацией. В частности в работе [144] исследовались слои толщиной более 0,3 мм, полученные в результате многостадийной химико-термической обработки. Первый этап предусматривает проведение титанирования детали с лицевой стороны с использованием смеси на основе ферротитана ФТ-30 контактным газовым способом при температуре 1150 °С в течение 8 часов. Затем проводится цементация газовым методом при температуре 840-930 °С в течение 14 часов с целью увеличения толщины диффузионного слоя с высокой твердостью.

Заключительной операцией данного способа является объёмная закалка, после которой твёрдость упрочнённого металла составляет HRC 50- 56. Применение данного способа позволяет увеличить износостойкость в 3-4 раза при условии самозатачивания рабочего органа.

Метод контактно-дугового науглероживания позволяет получать упрочнённый слой на поверхности детали толщиной 0,26-0,8 мм со структурой белого чугуна, обладающего высокой твёрдостью. Науглероженные рабочие органы работают до 3,5 раза дольше, чем изготовленные серийно [145].

Оригинальная технология получения износостойких покрытий на поверхностях рабочих органов предложена в работе [146]. Почворежущие детали предлагается получать литьём в пенополистироловые газифицируемые модели с одновременным формированием твердосплавного покрытия. Тех-нология предполагает изготовление пенополистироловой модели детали, на рабочие поверхности которой наносится жидкая суспензия из порошков ПГ- С27 с добавками карбида бора В4С в количестве 2,4 и 6 %. Подготовленная таким образом модель формуется в кварцевом песке и заливается жидким металлом (сталь 35ГЛ), при этом происходит выгорание пенополистирола.

Полученное таким образом на поверхности отливки покрытие представляет собой белый высоколегированный чугун с высокой микротвёрдостью (HV100-7,3-15,3 ГПа).

Несмотря на достаточно высокое повышение ресурса, к недостаткам данной технологии можно отнести её сложность и, как следствие, высокую трудоёмкость.

Перечисленные традиционные способы упрочнения поверхности поч- ворежущих деталей позволяют получить твёрдость наплавленного слоя порядка HRC 50-70 и увеличивают ресурс детали в среднем в 2-5 раз.

На основании анализа можно сделать вывод, что, несмотря на большое разнообразие применяемых методов для упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин, необходимо разработать универсальный, экономичный и эффективный способ повышения ресурса рабочих органов.

На основании проведенного анализа работ [96, 103, 117-120, 138-142,

191 - 197, 203, 217, 228 -231] можно сказать, что среди всех способов восстановления и упрочнения широкое распространение получила наплавка износостойким твердым сплавом.

Основными видами наплавочных материалов являются: стальная сварочная проволока, порошковая наплавочная проволока, наплавочные ленточные электроды, наплавочные литые прутки, плавленые карбиды вольфрама, флюсы для наплавки, гибкие шнуры, электроды, порошки из сплавов для наплавки.

Широкое распространение получили порошки из сплавов для наплавки. Порошки, предназначенные для нанесения защитных покрытий методами наплавки, являются специфическим продуктом порошковой металлургии. К ним предъявляются требования, представленные на рисунке 2.13.

Наиболее полно указанным требованиям отвечают самофлюсующие- ся сплавы. Само флюсующимися сплавы называются потому, что они могут быть оплавлены в окислительной или нейтральной атмосфере в плотное, бес пористое покрытие. Это обеспечивается наличием в их составе компонентов, имеющих высокую величину термодинамического потенциала образования оксида, значительно большую, чем наплавляемый металл.

К числу элементов, активно восстанавливающих оксидные пленки на сталях, относятся Н, В, С, Mg, Al, Si, Мп. Наибольшее применение для получения самофлюсующихся порошков получили В, Si, реже Мп. Бор относят к флюсующим элементам потому, что при взаимодействии с кислородными соединениями он ведет себя как активный восстановитель. Большинство оксидов металлов легко восстанавливается бором при высокой температуре. Бор и кремний выполняют роль флюсующих добавок, так как защищают от окисления разогретую наплавляемую поверхность и наплавляемый сплав. В результате взаимодействия с кислородом образуется борный ангидрид В203. Температура размягчения оксида бора (около 450 °С), значительно ниже температур плавления оксидов наплавляемого металла и металла подложки.

Требования к порошкам

Рисунок 2.13 - Требования к порошкам

При флюсовании оксид бора воздействует на оксидную пленку основного металла, первоначально связывая оксиды в комплексы по реакции:

Основой само флюсующихся сплавов служит никель или железо (табл. 2.2). Для повышения устойчивости к трещинообразованию и улучшения свойств при ударных нагрузках вместо никеля используют кобальт. Ряд сплавов содержат значительное количество меди для повышения антифрикционных свойств покрытия.

В настоящее время наиболее распространены само флюсующиеся сплавы на никелевой основе. Впервые о таких сплавах заявлено в 1937 году, когда в США была запатентована композиция из сплавов системы Ni— Cr-B-Si (патент США № 2.038.838). Описание технологии наплавки было дано в военные годы в патенте США № 3.361.962, а массовое промышленное применение процессов нанесения твердосплавных покрытий относится к 60-м годам.

Таблица 2.2 - Области применения известных само флюсующихся сплавов

Эксплуатационные требования к наплавленному покрытию

Основа само флюсующегося порошка

Со

Ni

Fe

Си

Абразивная износостойкость

-

+

+

-

Износостойкость при трении скольжения

+

+

+

Износостойкость при ударных нагрузках

+

+

Антифр икцио иное ть

-

-

-

+

Жаростойкость, жаропрочность

+

+

-

-

Коррозионная стойкость

+

+

-

+

Наряду с неоспоримыми преимуществами (высокие технологичность, износостойкость, коррозионная стойкость, жаростойкость) само- флюсующимся порошкам на никелевой основе присущ ряд серьезных недостатков, значительно снижающих эффективность восстановительно- упрочняющей технологии;

высокая стоимость, обусловленная применением дорогостоящего металла основы - никеля.

низкая трещиностойкость при нанесении покрытий на стальные детали, обусловленная высоким коэффициентом линейного расширения (14,4... 16,2)х 10-6 К-1 [118];

нестабильность химического состава, строения и свойств высоколегированных металлических систем, каковыми являются самофлюсующие- ся сплавы [118];

высокая чувствительность к технологическим режимам нанесения покрытия. Требуемый комплекс свойств покрытия достигается лишь при сохранении однородной мелкодисперсной структуры исходного порошка. Даже незначительный перегрев резко снижает качества покрытия [119].

Таким образом, структура, хрупкость, трещиностойкость, износостойкость, экономические факторы часто ограничивают применение материалов на основе никеля. Анализ применения этих сплавов позволяет сделать вывод, что в большинстве случаев детали целесообразно наплавлять менее дорогостоящими материалами на железной основе.

Исторически можно выделить три этапа и соответственно три принципиальных направления разработки самофлюсующихся сплавов. Первоначально велись разработки наплавочных смесей, в которых часть дорогостоящего никелевого порошка была заменена железными порошками [119]. Таким образом удалось снизить стоимость материала в 2-4 раза при достаточном уровне эксплуатационных свойств покрытий. Тем не менее, стоимость смеси оставалась достаточно высокой. Следующим шагом стала разработка механических смесей на железной основе. В качестве примера приведем смесь, выпускавшуюся Торезеким заводом наплавочных твердых сплавов ФБХ6-2 (тип 400Х30Г4Р1С, ГОСТ 11546-57), предназначенную для получения покрытий, стойких в условиях абразивного изнашивания. Недостатком указанных смесей является сегрегация компонентов при смешивании, транспортировании и в процессе наплавки. Сегрегация приводит к неравномерности структуры покрытия, пористости, снижению прочности и, в конечном счете к ухудшению эксплуатационных характеристик [65].

Следующим этапом развития стало создание объемно- легированных порошков. Большинство известных самофлюсующихся порошков являются объемно-легированными. Как наиболее перспективный оценивается сплав ГТР-Х4Г2Р4С2Ф, выпускаемый НПО «Тулачермет». Большинство сплавов имеют относительно низкую температуру плавления и высокую твердость наплавленного слоя. Покрытия хорошо работают в условиях абразивного изнашивания. Этим материалам присущ недостаток литых железо-бор-углеродистых сплавов - низкая устойчивость к ударным нагрузкам.

Создание новых износостойких материалов на основе недорогих компонентов, с помощью которых сплав упрочняется нетрадиционными карбидными фазами, а, например, боридами, перспективно и обеспечивает повышенную износостойкость деталей и снижение стоимости.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >