автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственной техники диффузионным хромированием с применением термоциклической обработки

т и ь ^ 2 -

МОСКОВСКИЙ. ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА имени В.П.ГОРЯЧКИ НА

На правах рукописи

КОЧЕТОВ ЭДУАРД ИВАНОВИЧ

УДК 621.797:621.43.03.8:621.793.14

ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ДИФФУЗИОННЫМ ХРОМИРОВАНИЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕЙЛСЦИКЛИЧЕСКОй ОБРАБОТКИ

Специальность С5.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Москва - 1992

Работа выполнена fia кафедре ремонта и надежности машин Московского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства имени В.П.Горячкина.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор БУГАЕВ В.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор ПОТАПОВ Г.К. .

кандидат технических наук, дсыент КЕР2ИМАК0В Е.С.

• Ведущая организация - АПК Московской области.

Защита состоится "■/$"" • их* 1992 т. в /'3 часов на заседании специализированного совета К 120.1".03 при Московском ордена Трудового Красного .Знамени институте иняенеров сельскохозяйственного производства имени В.П.Горячкина,

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим-направлять по адресу:' 127550, Москва, ул.Тимирязевская, .• дом 58, Ученый Совет.

С диссертацией мокно ознакомится в библдотоке МИИСП.

Автореферат разослан "/■?" 11 с а , ц 1992 года.

Ученый секретарь специализированного сов к.э.н. доцент

ОЕПАЯ ХтХ'-ДРИСГлКА РАБОТЫ

Актуальность теми.Шеэдиеся исследования и опыт эксплуатации малин измельчителей (волчков-прсмишленпых). входящих з число основных машин.для переработки мясопродуктов, покагшза.эт на их низкую иадеж-йЬсть, что объясняется тяжелыми условиями эксплуатации, присутствие« в перерабатывающем продукто различных органических кислот и соединительной ткани, которая отличается сзоой прочностью. Наименее долговечными деталями волчков являются рекущие элементы - ноу.и й решета. Расход запасных частей по Московской области составляет для ропот -9 тыс.штук а год, различных типоразмеров, длл ногой - б тыс.штук в год.

Существупгцие методы ремонта и упрочнения ро:куищх элементов малоэффективны и не отвечают предъявляемым требованиям. В связи с этш вопрос повышения их долговечности мзтодом диффузионного хромирования, при увеличении несущей способности диффузионного слоя и прочностных характеристик материала термоциклированпем, является актуальна*.

Цель работы. Разработать технологии восстановления и упрочнения инструментов мясоперерабатывающей отрасли АПК ди^фузионшг) хромированием с применением термопиклической обработки в вакуума.

Объект исследования. Ренущий инструмент машин - измельчителей Мяса мод. МП-82 а МП-1-120.

.Общая методика исследования. Включает анализ наде-ноотя реж^их элеместов волчков, существующих методов лоЕылегшя пх делгевечиост.ч, теоретическое обоснование возможности повышения долговечности деталей применением диффузионного хромирования к термоцаклаческой обработки как метода, увеличивающего несутдуга способность диффузионного слоя и прочностные характеристики материала. Экспериментальные исследования включают выбор ретчоп упрочнения, термоякклирсванпя и их анализ, разработку технологии упрочнения рэкудих элементов волчков. Результаты экспери^ентальчых исследований обрабатывались методами ■ математической стагастики на ЭВ.1 "СМ-МгО"1.

Научлач новизна. Теоретически обосновано п экспериментально доказано, что применение новой технологии тирмсиаклической обработки ■ интенсифицирует процесс пограничной диффузия храма, увеличивает толщину диффузионного слоя и прочностные хар?:;тзристикя материала. Разработаны рэкиш деф-фузиогного насыщения и тэрмох^яаичесяой обра^оиы для углеродистьтс сталей 45, УЗ, УЮ, У12 Ё легированных сталей 9X0,' ХВГ, ШХЛ5; Предложены уравнения для определения коэффициента ди^у-ЗИИ И ТОЛЩИНЫ диффузионного СЛОЯ В &0Б.«С;,И02ТЛ от влчяния пограняч-

пой магзеронной диффузия.

Достоверность результатов исследований подтверждается применением современного оборудования, высокоточных приборов и статистических методов обработки результатов с использованием вычислительной техники. подтверждением результатов исследований в производстве..

Практическая пенность работы. Разработан новый технологический процесс упрочнения режущих элементов волчков, позволяющий увеличить их долгозечность в 4...6 раз. Новизна технических решений подтверждается авторским свидетельством й Г'зГбБО'' и положительным. решением Гос-кн,"изобретений по заявке № 4939253/02/043182.

Пути реализации работа. Новый технологический процесс внедрен на ПО "Коммунар" г.Москвы " применяется прй упрочнении и восстановлении рекущих элементов волчков, пуансонов, резьбонакатних плашек, фраз и предельных резьбовых кадибров. Технологический процесс приктг к внедрению Агропромышленным комитетом Московской области.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались, обсукдены и одобрены на научных конференциях Московского института Инженеров сельскохозяйственного производства им.В.П.Горячкина (МИИСП) в 1985...1991 гг., на заседании кафедры ремонта и надежности машин ШИСП в 199° году.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в трех статьях в двух зарегистрированных в ЦБНТИ отчетах о научно-исследовательской работе.

Получено авторское свидетел! >тво и положительное решение Госком-ияобретевий по заявке.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников п приложений. Изложена на1Ь6 страницах машинописного текста, содержит 49 рисув-ков, 8 таблиц, библиографии из 118 наименований.

ОСНОВНОЕ ООДЕРЕШЕ РАБОТЫ I. Отстояние вопроса, цель и задачи исследования

В этом разделе проанализирована надежность волчков и показано, что она ограничивается в большей степени низкой износостойкостьа ножей ч решет, что объясняется тяжелыми условиями их эксплуатации.

Ремонт ножей и решет проводится в основном переточкой, при этом ресурс комплекта составляем не более 0,6 месяца, так что за год средний расход составляет 22 комплекта на один волчок-язмэльчитель. Наиболее перспективным является метод диффузионной ыетачг.азацни и, в частности, диффузионное хромирование в вакууме. Вопросу упрочнения деталей диффузионным хромирование« посвящены работы Н.Г.Дубинина, А.Н.Минкевича, Ю.М. Яахтина," Л.С.Ляховича, В.Н.Бугаева, Б.А.Богачева,

С.П.Казанцева, А.Г.Гусейнова. Анализ этих работ показал, что образующийся на сталях диффузионный слой карбидов хрома, как основной упрочняющей фазы, имеет толщину 25...40 мял, а детали непосредственно после пропесса низкую прочность. Последнее объясняется увеличением зернистости стала .1 ее структуры. Зернистость составляет 6...7 баллов по ГОСТ 5539-82. Повышения несущей способности слог, обычно до.,тига-ют последующей закалкой на типовых ренимах. Однако, несмотря на ото, прочностные характеристики материала недостаточны, чтобы пс.пользоьать его для режущих элементов волчков. Уззличвшю прочностных характеристик сталел, как показе ли исследования В.К.Федюю.на, Т.А.Лебедева,А.С. Тихонов";, Л.Ф.Портер, 0.¿'.Забелина л др., могло достичь предварительной их термооикличеок ой обработкой, что приводит к уме имен..» зернистости до 1...2 баллов. В работе высказана гипотеза, что термшикличк;-чая обработка должна приводить к увеличению толщины диффузионного слоя и его несуще!: способности.

Помимо этого, остаются векселедовенными вопросы выбора рациональных режимов термоыиклирования при диффузионном хршировании, вариантов его применения, изменения физико-механических свойств сталей с такими покрытиями и т.д.

Исходя из изложенного, в настоящей работе поставлены следующие задачи:

• - теоретически обосновать и экешзри.ментально доказать возможность активации процесса паро^азного диффузионного хромирования тормоцик-лической обработкой сталей;

- определить оптимальные реншш тзрмопяклической „обработка сталей до и после диффузионного хромирования;

- исследовать влияние термоциклической обработки на изменение структуры и физико-механических свойств основы деталей и диффузионного слоя;

- разработать технологический процесс упрочнения и восстановления режущих элементов волчков с применением термоциклической обработки;

- внедрять новый технологически.! процесс в производстве и да^ь технико-экономическую оценку.

2. Обоснование тёрмог.иклическ'ой обработки как метода интенсификации диффузионного хромирования

Основная характеристика'.д "рфузин в металлах - это скорость диффузии, контролируе?«-ая самим процессом, которая целиком и полностью зависит от структуры металла, его химического состава, п также от активности диффундирующего элегента'при оптимальной темпер,.туре. В процессе диффузионной металлизации реализуется как объемная диффузия, дага-

щая основной вклад в диффузионный поток, так и диффузия по границам зерев. По диффузия вдоль границ- зерен происходит с гораздо большей скоростью, чем в объеме зерна. Это объясняется тем, что высокоутло-вые границы содержат повышенную концентрацию вакансий и дислокаций, что уменьшает энергию активации диффузии и увеличивает вероятность ■ атсмных переходов. Чем мельче зерно, тем больше протяженность границ, тем активнее протекает процессы диффузии, и при прочих равных условиях толщина диффузионного слоя оказывается большей.

На рис.1 показана схема образования диффузионного слоя. В'начало происходит осаждение хрома на поверхности изделия и после достижения определенной его концентрации в поверхностном слое образуются карбиды, имеющие высокую твердость. Затем скорость диффузии насыщающего , элемента в глубь изделия резко уменьшается, так как подвижность ого атомов в химическом соединении мала и недостаточна для разрыва образовавшихся связей.1 В результате этого пршесса образуется диффузионный карбидный сдой толщиной и происходит движение внешней границы слоя наруку па величину . В результате осаждения насыщающего элемента и.встречной диффузии углерода, приводящей к образованию ва поверхности карбидов хрома, а такяе диффузии атсмов железь в карбвдекВ слой, происходит сдвиг его внешней границы ва величину (Г* .

о

Рис.1. Схема образования карбидного слоя:

толщина карбидного слоя;, толщина слоя-на ,сов one раствора

хрома в гелазе; - толщива карбидного слоя вследствие фазовцх превращений; Оц + 5д - толщина наращиваемого карбидного слоя.

Таким образом, изменения линейных размеров изделия (А ) определяется как сумма двух составляющих ( + §2). Толлнна слоя Л г образуется на основе растворения хт:а в железе.

Диффузия играет вецуи'/ю роль бс многих тзхнслогичгеких процессах и выражается коэффициентом Ató-'Фузии 5) , который характеризуется скоростью диффузионного потока от температуры и определился уравнением Арраниуса О. \

£) = ¿7r > {I)

где 5)„ - цредэксжововикальиий нвсш'.-еог., см2/с; С! - энергия активации, Лк/молт; R - г иг. спая постслшч-я 1,987, Д«/моль.К; Т - arco-л'отнач температура , К.

Пр.-! ыногостадайяос?и лиИузя» о мзт/алпах лрсгестг рзочет ко»фг'гя-цяента диффузии из уравнения Арревиуса nocida проЛлспш'ично. Поэтам-/ расчет коэффициента длИ-уэяи пеяеоосйразво провопить ло гир&жениг ьавгсймоств толщины диффузионного с\оя от времени процесса

'}-2\1 {зРГ* > (2)

где 3 - толщина пи¡фузионного слоя, см; V* - частота колебаний молекул,—10^ Гц; J) - коэ!.т.лш-.онт диффузии, см^/с; X - продолжительность диффузии, с. Откуда

^Wf (3)

В стационарных условиях диЭД-узио^ого хромирования температура • процесса и время вцлеряки - величины постоянны«, следовательно, величина V , зависящая от концентрация элемента и температуры, является константой и, в первом приближении, ее можно принять раню?, единице. Тогда коэффициент # будет каьзн

Оценить вклад пограничной диффузии при различии структур'для одинаковых марок сталей возможно из эчспер -.лента, путем сопоставления толлин диффузионных слоев

где К - коэффициент, учитывая ,лй разность ясхоцной зернистости сталей, скорость миграции и влияние тормояемя границ зерев в объеме металла от температуры; ^ , - тоыцины диффузионного слоя для различных исходных, структур сталей, №. . .

- с -

* (е)

По результатам эксперимента может быть рассчитана зависимость коэффициента влияния пограничной мекзеренной диффузии от времени, которая подчиняется линейному .закону.

Термошишфованиь оказывает существенное .влияние на изменение зернистости сталей. Б основа раэялчшх способов термоциклической обработки леачт многократное циклическое температурное воздействие на материал с прохождением структурных превращений-с целью получения необходимых изменений зернистости материала. Основной характеристи-' кой для терыоцлклической обработки является скорость нагревания.При малых скоростях нагревания преобладает диффузионный механизм превращения и образуется (стабильный) устойчивый аустенит..При умеренных скоростях нагревания образуется и устойчивый и неустойчивый аустенит в силу действия одновременно различных процессов: диффузионного н бездиффузионного, которые дают возможность стимулировать процесс, измельчания материала. Наиболее эффектлв-о термошклированиа в интервале температ^т фазовых превращений, при котором происходит резкое измельчение зерна, будь то перлит, феррит, мартенсит, или другая структура. Охлаждение необходимо вести со ..скоростью, но превышающей критической скоростп закалки, что достижимо в вакуумных лечах для различных по химическому составу сталей, и исключает окислительное воздействие окружающей среды.

В литературе нет достаточных сведений о кинетике структурных превращений в вакуума. Поэтому программа исследований включала в себя: отработку режимов термоииклировааия сталей в виде определения зависимости температур фазовых превращений от числа тармошшлоь до получения оптимальной структуры металла, а также определение влияния термо-циклирования на процесс диффузионного 'хромирования и исследование физико-механичапких свойств сталей* прошедших термоциклическую обработку к диффузионное хромирование.

3. Методика экспериментальных исследований

Для исследования термопикдирования сталей в вакууме и его влияния на диффузионное хромирование была использована камерная вакуумная электропечь сопротивления, мод. СНЬЭ 1.3.1 /16 ИЗ.

Диффузионное хромирование проводилось в полугерметичных. контейнерах, изготовленных из стали ЗОХГСА. Исходным материалом для хромирования служил порошок хрома марки Х97 (ГОСТ 5905-79) гранулометричес-

кого состава 0,4...О,6 мм. Для термопиклирозания образцов п деталей в вакууме применялись кассеты сварных конструкций из низкоуглеродис,-тых сталей. Диффузионное хромирование и тормониклирование проводилось в вакууме при остаточном дазлении нз хуже 1.33.10" Па (I.I0"3 мм.рт. ст.). Для проведения исследований образцы изготавливались яэ распространенных углеродистых и легированных сталей марок: 4-3, У8, У10, 312, ЭКС, ХНГ, ШХ15, которые подвергались испытаниям на растяжение, удар-ну» вязкость и Др.

Регулирование теплового режима рабочей камеры печи СНЗЭ 1.3.I/ 15 ИЗ осуществлялось путем изменения подводимого к нагревателям ка-прякенля с покоцью регулятора напряжения PH-I-T60 УХЛН резистором Б7-12 на блоке управления через специально, нас троен яр: первичную обмотку трансформатора. Контроль температуры процессов осуществлялся автоматическим самопишущим потенциометром КСПЧ-200-7КЛ 4,2 ГОСТ1 7IC4-78, датчиком которого являлась вольфрам-рениевая термопара, установленная в рабочей камере печи. •

С целъл выяыения свойств и реальных значений начала и конца с< ss: if фазовых превращении в процессе ьагреваний ?. охлаядений и определения оптимального количества термспиклов, образцы устанавливались' в камере печи на технологическом столике таким образом, чтобы подпруаиненнал термопара, вставленная в просверленное отверстие образца, касалась металла и позволяла з процессе териоииклирования выдавать данное и температурят состоячии образгта.

Исследование процесса термоаиклптескоЯ обработки проводилось при скорости нагревания от 30 до 100°С/мин, превышая температуру конца о«. — У превращения не более чем па 30.,.50°С, а также начала обратной перекристаллизации при охлаждении ниже чем на ЗО...иО°С.

Испытания образцов на ударную вязкость проводились на маятниковом копре МК-30 с номинальной потенциальной энергией маятника 300 Дж. по ГОСТ 10708-82.

Испытания образцов на растяжение осуществлялись на универсальной гидразлической машине ИМИ-30 с приспособлением,- показывающим функциональную'зависимость между н агрузкой и деформаций.

. Металлографически исследования проводили« на-металлоирафичес-ком микроскопе МШ-8 по общепринятой методике ГОСТ 5639-82. ,

Твердость образцов определялась на твердомере ТСК-Ш по ГОСТ " 9013-79 при нагрузке' 294 Н, а микротвердость - на микротвердомере . ПМТ-ЗМ поГОСТ 9450-76 при нагрузке 0,987 Н.

Линейные размеры определялись с помощью рычаяной скобы CF-0-25-0,002 и индикаторного нутромера повышенной точности модели 109'с цо-

- b -

ной деления О,COI км.

Полный количественный и качественный рентгеноспектральннй анализ осуществляли на дифрактометре "Дрон-2".

Полученная информация обрабатывалась методам!" математической статистики с использованием ЭЯ.1 "CM-I420".

4. Результаты экспериментальных исследований

Экспериментальными исследованиями установлено, что при многократных ос = Ь' Фазовых превращение стали претерпевают в-вакууме струк-турныо изменения с измельчение;/, зернистости. При этом разность температур начала и конца фазовых превращен«,1 изменяется в зависимости от формирования структуры до тех пор, пока система не будет потреблять минимум энергии, попедшей на изм-знспие энтальпии (теплосодеркаыия) твердого тела. Количество термониток, соответствующее npoi-зссу стабилизации, принимается за оптикаллчое. На рис.2 показана термическая кривая 'нагрев-охлаядение" стали ХНГ и изменение температуры в камере вакуумной печи при теркоииклировании образцов.

Рис.2. Схема терлоциклироваиия образца из стали ХВГ

Кривая I показывает изменение температуры в камере вакуумной печи, крчвая 2 - изменение температуры внутри образца во времени.

На рис.3 показано как изменяются температуры начала и конца фа-зовгх превращений в стаяв ХВГ при нагревании и охлаждении в зависимое га лт числа тер^оциклов, а такке скорости нагревания и охлаздения. В процесса нагревания мощность, подводимая к нагревателям печи, оставалась веизыэнной для каздого из образцов.

Аналогичные данные получены для углеродистых и легированных сталей марок: 45, У8, 710, 712, 9ХС. ХВГ, ШХ15. В табл.1 приведены оп-

гимальныо значения режимов тзрмоциклированил и количества '.зрмоиик-лов для данных марок сталей.;

ь'В

е;о

С ж

б

ТГ

-Т»»„'

/'-¡-^.^Ц—|—

'/от, •С*», 21

г з * 5 п число тегмоциклоз

г I 1 ! с, п 4,1 С-"о т^гио^^к.чсэ

Рис.3. Вли:ни8 термоциклирования на изменение томператур фаговых переходов и скорость нагревания и о'-лаждеиия для стали ХВГ: а - температурная завислг/сстт, для <х 2Г переходов; Тпр^-температура . начала превращений ; Тир - температура киша превращений; V иагр. -скорость нагревания; °С/мин; б - температурная зависимость л ля У-"* переходов; Тнр^- температура начала превращений; Тпр^- температура < превращений; V охл. - скорость охляндоний, °СЛш).

Та олипа I

Оптимальные значения температур термзипклпрования и количества тер.-юииклов для сталей

Марки старей

Режимы терм оииклической обработки, °С

Количество термоциклов

45

У8

ПО

У12

9ХС

ХВГ

ШХ 15

920...900 550...530 : 4:..^

820...790 640...620 ' 9... 10

850.. .830 650. ..630 5. ..6

835...815 655...635 .6...7

830. ..810 — 650.. .630 6...7

840.-.82,0 С20___600 4...5

875...855 = 580...660 3...4

850...830 ~ 660...640 5...6

По результатам металлографических исследования определено влияние термочиклической обработки на изменение зернистости сталей при различных сочетаниях термоциклирования и диффузионного хромнр вания. Результаты исследований приведены в табл.2. Режим диффузионного хромирования был неизменным: температура,- П00°С, время - 3 ч," грану-

Таблица 2

Изменение размера зерна сталей в баллах при различных вариантах термоциклпрования е диффузионного хромирования

фка Изменение размера 2 (1 зерна, баллов

'али Состояние поставка ТЦО Хр.' ТЦО+Хр. Хр.+ЩО ШО+Хр +Щ0 Хр.+ТЦ0+ +Хр. 1Ц0+Хр+ +ГЦСН-Хр.

15 '' 4 1-2 6-7 4 3-4 1-2 5-6 4

'8 „ 5 2 7 4 4-5 1-2 6 4

'10 6 2-3 8 5 5-6 « 2-3 6-7 5

12 6 : 2-3 7-8 5 • 4-5 2 7 4-5

)ХС . 5 . 1-2 6-7 4 . 4 2-3 5-6 ' 4

[ВТ 4 1-2 6-7 4 3 1-2 5-6 4

С15 4 2 7 4 4 3 /6 4-5

щия порошка хрома 0,4...0,6 мм, вакуум не хуже 1,33.10"*" Па. [.Ю-3 т рт.ст.). Предварительное перед хромированием термоцикли-жшие сталей и тсрмоииклирование сталей между двумя процессами хро-фовчнвя значительно увеличивает поверхность ыекзеренных границ за ют измельчения структуры металла, в результате чего и происходит (тивация процесса, дополнительное увеличение линейных размероз и ° злщины слоя, что показано з табл.З. =

с • ' Таблица 3

Изменение толщины диффузионного слоя образцов для сталей

'арка Толщина диффузионного слоя, мил

зтали Хромир. ТЦО+Хр. Хрг.+ТЦСкХр.. т-Хр.+ТЦО-Хр.

'45 . 20-25. 0 20-30 35 : 35-40

У8 - ■ 30-35 30-35 ■ 35-40 о 45-60

УЮ 30-35 '40-50 45-55 50-60

712 ' 30-35 40-45 50т60 ." 50-65

9ХС " 30-35 35-40 45-50 65-70 '

ХВГ 35 * 40-45; 50-60 .. 60-70

ЫХ15 30." 35-40 70-80 ' 60-70

В результате измель^ния зернаопобле термециклировавия увеличи-ается :соэффицв'<1Нт диффузии при последуюцем хромировании, что цока-ано°на рис.4, применительно к с^али-'ХВГ. Эти данные наглядно пока-авают вклад пограничной диффузии в общий диффузионный :'оток.

ло

i-iO' ¡o ¡o"

gil

-- 710

5 ÍO

3-íO

i-10

d

U |—í

—

3 ío и 12 (3 it a L 4.

Рис.4. Изменение коэффициента диффузии для ехали 73Г: I - при хромировании стали; 2 - при хромирования стали поело термо-; циклировашш; 3 - при хромировании стали после Хр.+ТЦО; í - при хромировании стали после ЩО^Хр.+ТЦО.

Результаты рентгеноспектрального анализа для образтют. из стали ХЕГ показаны на рис.5, из которого видно, что посла диффузионного хромирования сэдар;яаш".а углерода в поверхностном слое равно 0,6% по массе, и это больяе чем в сердцевине металла в два раза. Изменение концентрации 3 колеблется в пределах 0,6...С,3$ по массе. Термо^дкли-рование предварительно хромированных сталей приводит к уменьшению содержания углерода по толщине диффузионного слоя. На поверхности обг разцов содержание углерода уменьшается о 0,6 до 0,3$ по массе, а содержание хрома увеличивается с -10 до 65%. Влияние повторного, диффу-■заоппого хромирования после промежуточного термопиклирования но оказывает значительного влияния на распределение элементов по толщине диффузионного слоя.

Влияние тормоциклированая ц диффузионного хромирования на изменение физико-механических характеристик исследовано для сталэй У8 и ХЕГ. Предел прочности стали ХВГ в состоянии поставка без термообработки находится в пр-делах <Og - 810...820 МПа, а ударная вязкость КС У - 12...13 Дк/см2. Для стала 78: <5$ - 715...750 ШТа, КCU " -38...39 Дж/см^. Закалка стали из состояния поставки существенно по . изменяет предела прочности обеих сталой, но приводит> снижению ударной вязкости. У стали У8 повшается предел прочности до <з$ - 1087..

S

с,%

ИУ о,}

и,а

V

0.8

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

1 щ с,__

ю го -о ".о 50. би

:о ^я чО !0 но Имки.

С,%

(май 0.3 ■ 0,8 0,7 ■ 0,6' 0,5' 0,4

Сг %% таг

1 Т I 1 1

1 ]

-Ре

,Сг

к IV

(О га зо ю 50 60 га 80 Ыли

Рис.5. Влияние термоциклирования на изменение распределения . элементов по объему диффузионного слоя образцов из стали ХБГ: а - диффузионное хромирование; б - промежуточное термоциклирование после диффузионного хромирования; в - повторное диффузизнноо хромирование. г ,

с

ИГО МПа и незначительно снижается ударная влзкоств до КС У - 31,8 ДкЛ'л". Теркопикличеркая образочка увеличивает ударную вязкость стали УЛГ из состояния поставки до КС1Г0 - 28 Дл/см*", У8 до КС17 - 42 •. Дк/см2, однако снижает предел прочности*" причиной которого 'Авляется мелкозернистое строение .металла. Последующая термообработка после термоциклирования увеличивает предел прочности стали ХБГ до б^ -

о

1280 Ша и стали 78 соответственно <9^ - 1280 МПа. При этом ударная вязкость стали ХВГ равна KCV - 2,8 Дя/см2, а стали 78 КС!/ 31 Дк/см2.

Диффузионно хромированные стали ХЯГ и 78 после термообработки имеют низкий предал прочности б/ - 680...700 МПа, а ударную вязкость в пределах для ХВГ К01Г - 1,25...1,30 Дч/сщ2, для стали 78 KOlT -32...33 Дп/см2, что объясняйся увеличением зернистости. Хромирование ухудшает ударную вязкость даже по сравнению со сталями из состояния поставки.

Обработка сталей ХВГ и 78 по режиму: диффузионное хромированием +термоцаклирование+тетюобработка позволяет увеличить лрадол прочности обеих сталей до - 1250...1280 МПа, а ударную вязкость стали ХЕГ до ICCУ - 5 Дж/см2. Сталь 78 сохраняет свои свойства по уда^. .ой вязкости на уровне обработки по циклу "тормопиклированнз-термообра-ботка".

Следует отметить, что каздоэ последующее термопиклированяе в сочетании с диффузионным хромированием понижает прочностные своГстез сталей ло причине увеличения толщины хрупкого и твердого диффузионного слоя, зернистости и металлургических дефектов.

В результате исследований для повышения долговечности режущих элементов волчков, ецполнзннух из стали ХЕГ, предложена слодутощая технологическая схема обработки: термоциклярование Тпр - 87?...855°0 . Tnpj - 580.. .360°0, а - 3 аикла, диффузионное хромкровачле на рехиь:9 t - II80°C, Т - 8 ч, термоцикляровапна Тпр - 375...f,o5°C '-""Г Тпрт - С80...660°С, R. - 5 пиклол, закалка ло тигсвсму ре:жу н низкий отпуск. Для стали 78 термоциклярование след; зт проводит!, по •рекзму: Тпр - G50.. .830°'J ^гггТпр^-' - 650...63С°С, п - 5 плялов, диф фузлопное хромирование на рэмме t - II80°C, Т - 8 ч, ториопккли-.рсвагшз Тар - 850...Й30°С ТхЧрт - 650...630°С, и -■? циклов, закалка по типовому регяму ч низкий отпуск.

Эксплуатационные испытания, проездалные на ПО "Коммунар", показали, что пргмеиеияе разрабсгагнсй технологии лоз^олает повысить гзн состоЗкость и долговечность резущих эяеместоэ волчков л 4,,.5 раз, предельных мерительных калибров в 6... 10 раз, высадочных зуансояов и резьбонакатних плашек в 3...5 раз, прорезных фрез в 20...25 paj.

5. Езвдреняа результатов исследований и их экономическая о*т,е,ж

Технологический процесс упрочнения рекущях элементов разработан для волчкоз мод.МП-82 и Ш-1-120. Дополнительно разработаны техноло гические процессы восстанозления и упрочнения для ряда ипструззитс:

высадочных пуансонов, резьбонакатных платок, предельных мерительных каяабров, прорезных фрез и т.д. Технологический процесс внедрен на ПО "Коммунар" гор.Москвы. ■

Экономический эффект от внедрения нового технологического процесса составит I.523.258 руб на годовую программу ревущего инструмента волчков для Московской области 3700 штук в иенах 1992 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Надежность промышленных волчков, которые являются основными машинами для измельчения мяса в перерабатывающей промышленности АПК, лимитируется .шзкой износостойкостью реаущих элементов. Существующие метода ремонта и упрочнения рекущих органов "машн-абмельчителей" малоэффективны и не о'.зечаат предъявляемым требованиям,

2. Упрочнение режущих, элементов волчков диффузионным" хромированием с применением тесм^циклической обработки в вакууме повышает их износостойкость и долговечность в 4...6 раз.

3. Термошшлическая обработка }А.личивает толщину диффузионного слоя углеродистых и легированных сталей марок: 45, 78, УЮ, УТ2, 9ХС, ХБГ, ШХ15 в 1,3...1,5 раза, а такке повышает прочностг-ые характеристики основы металла.

4. Для исследуемых сталей слределеиы оптимальные режимы термсдик-лирования, количество термоциклов и скорость нагревания. Последняя . находится в пределах 30..Л00°С/мин для всех марок сталей.

5. Теоретически обосновано (уравнение 6) и экспериментально подтверждено, что предварительная термоциклическая обработка увеличивает эффект пограничной диффузии насыщающего элемента за счет дополнительного появления вакансий и дислокаций в результате измельчения зерна и увеличения протяженности мекзеренных границ.

6. Металлографическим и рентгеноспоктральным анализом установлено, чю термоциклическая обработка после диффузионного хромирования ...вызывает измельчение зернистости металла на 3 балла по ГОСТ 5639-82

(с.6...8 баллов, до 3...5 баыов), увеличивает-содержание хрома в диффузионном слое в среднем слое до-60% по массе,, и уменьшает содерание

углерода дс 0,35$ по массе. . г, и "

7., Исследованиями установлено, что диффузионное хромирование ста-> лей У8 и ХВГ с последующей термоциклической обрабо!кой увеличивает • их ударную .язкость и предел прочности при одновременном ..снижении.

твердости металла и несуще'] способности ди[Г'узионного слоя. После-' -дуюсая термическая обработка-увеличивает предел прочности и твер- , дость материала, практически не изменяя ее ударную вязкость.

8. После диффузионного хромирования, тер.мопиклической обработки и закалки, твердость стало,, находится в ггоецелах: для У8 НЗС» -56...58 е ;., для ХЗГ IIRC3 - 59...6? ед., предел прочисти <5^ - . I25C...1280 ."Ша соответственно, а ударная вязкость для У8 равна KCF -32 Лд/оыР, для ХВГ КС1Г - 5 Дес/см'', что обеспечивает высокую надменность реяулих элементов. Для диффузионно хромирсганных стало3i без тер™ош1Клическо£: обработки ударная вязкость равна для стали У8 KGV ■ 22 Дж/см2, я ля Ш КС У - 1,25 Д«/см2.

9. По результатам исследовании разработана новая технология упрочнения реясущих элементов волчков, которая включает в себя предварительное -.термоииклировапие сталей, диК-уз и о: пое хромирование и повторное тогглоииклирование с последующе;, закалкой.

10. Эксплуатационннт испытания показали повышение износостойкости и долговечности ревущих элементов волчков в 4...G раз, предельных мерительных калибров в 6...10 раз, высадочных пуансонов и резьба-накатных плаиек в 3...5 раз, прорезных фрез в 20...25 раз

. II. Экономический эффект от внедрения технологичеы ого процесса упрочнения режущих элементов волчков промышленных диффузионным хромированием с применением термоциклической обработки в вакууме по Московской области превышает 1,о млн.руб. (в ценах 19Э2 года).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Разработка и внедрение технологии восстановления и упрочнения детален л инструментов диффузионной металлизацией. //'Научный отчет. :,'.: ¡.ШСП, 1987. !h Госрегистрации 01880053205, инв./ê 02870060085. С.З.

(соавторы Бугаев.З.Н., ¿Лазаев В.Б., КодшгС.Г.)- ■

2. Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственных машин диффузионной металлизацией // Тез.докл. на Всесоюзной научно-практической конференции по восстановлению деталей машин, г.Рига, Госагропром СССР, M.: 1987, С.46. '■ ■ . •

(соавторы: Бугаев В.Н., Ачкасов К.А., Мазяев Ю.В., Казангзв С.П.)

3. Повышение износостойкости режущего и мерительного инструмента диффузионной металлизацией, // Тез.докл. научно-технической кон-

ференции "Повышение долговечности и надежности деталей методом упроч-кячщей обработки". Мордовское областное правление ВНТО машиностроителей. г.Саранск, 1988. С.78.

(соавтор Мазаев Ю.В.)

4. Позыг:ен'5е износостойкости режущего и мерительного инструмента диффузионной металлизацией при ремонте сельскохозяйственной техники. Экспресс-информация. Эксплуатацгя маиинно-тракторного парка. Восстановление деталей. Научно-исследовательский ин-т информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечении Гссагропрока СССР. УДК 621.793.6:621.9.02. М.-: 1988/12. С.5-7.

(соавторы Ачкасов К.А., Мазаев Ю.В.)

5. Диффузионная металлизация - эффективный способ восстановления, упрочнения и защиты от коррозии деталей сельскохозяйственной техники. НТП в прои, водство. Центр научно-технической информации, пропаганды и рекламы Госагропрша РСФСР. УДК 620.197.3:631.3.01. М.: 1989. С.2.

(соавторы: Бугаев В.К., Ачкасов К.А., Мазаев Ю. В., Богачев Б.А.)

6. Способ обработки инструмента. Авт.свид. I5I6507. М.: 1989. (авторы Бугаев З.Н., Ачкасов К.А., Мазаев .A.B., Степанов М.В.).

7. Способ диффузионного хромирования в вакууме. Положительное решение Госкомизобретений по заявке й 4939253/02/043182. (соавторы: Бугаев В.Н., Мазаев Ю.В., Евсикоз В.В., Казанцев С.П.,

Ильин В.К.).

•• 1 ' ...- /