автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление и упрочнение деталей почвообрабатывающих машин механизированным диффузионным намораживанием износостойкими сплавами

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ6 ОД

УДК 621 791.92:631.3.01 „

Г Г""

АНИСКОВИЧ Геннадий Иосифович

ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН МЕХАНИЗИРОВАННЫМ ДИФФУЗИОННЫМ НАМОРАЖИВАНИЕМ ИЗНОСОСТОЙКИМИ СПЛАВАМИ

05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 2000

Работа выполнена в Белорусском .государственном аграрном техническом университете

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Бетеня Г.Ф.

Официальные оппоненты: - член-корреспондент HAH Беларуси,

доктор технических наук, профессор Дорожкин H.H.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Хилько И.И.

Оппонирующая организация - концерн "Белагромаш"

Защита состоится декабря 2000 г. в 10 часов на заседании

совета по защите диссертаций Д 02.31.02 Белорусского государственного аграрного технического университета по адресу: 220608, г. Минск, проспект Ф.Скорины, 99, к.1, ауд.317.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке КАТУ

Автореферат разослан "У" ноября 2000 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, кандидат, технических наук, доцент A.B.Новиков

/70ПЛ- 9Ш. УГУ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Поиск технических решений, направленных на повышение работоспособности деталей рабочих органов почвообрабатывающих машин, относится к числу актуальных задач. Анализ конструктивно-технологических характеристик, условий работы и износов дета-ч лей, работающих в абразивной среде показывает,- что для их восстановления и упрочнения рационально применять механизированные способы нанесения износостойки* материалов. Это обуславливается тем, что данные изделия потребляются в массовом количестве, а также необходимостью повышения их ресурса. Наряду с этим, из-за сложной формы и переменного сечения дета- ■ лей, для их восстановления » упрочнения применение распространенных наплавочных способов ограничено или неприемлемо.

Перспективным способом восстановления и упрочнения почворежущих элементов является механизированное диффузионное намораживание износостойкими материатами. Технология позволяет свести к минимуму затраты на наплавочные работы и увеличить долговечность деталей в 2...4 раза.

Имеющиеся сведения об особенностях формирования наносимых механизированным диффузионным намораживанием металлопокрытий и их свойствах малочисленны. Как следствие, этот прогрессивный технологический процесс восстановления и упрочнения имеет ограниченное применение в производственных условиях.

Решение целого ряда научных и технических вопросов, связанных с технологией нанесения механизированным диффузионным намораживанием износостойких покрытий ставит важную научную задачу. Это предопределило актуальность данной работы и необходимость ее выполнения.

Связь работы с крупными научными программами. Исследование выполнялось в рамках государственной программы ГКНТ на 1986... 1990 г.г. 0.51.11. "Разработать и освоить прогрессивные методы организации, технологические процессы и оборудование, обеспечивающие повышение уровня использования, технического обслуживания, ремонта тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин и восстановление изношенных деталей".

Цель и задачи исследования. Целью работы является оптимизация технологических параметров и разработка технологического процесса механизированного диффузионного намораживания применительно к восстановлению и упрочнению почворежущих элементов износостойкими сплавами. •

В соответствии с поставленной целью в работе решены следующие основные задачи:

1. Исследованы технологические параметры механизированного диффузионного намораживания из расплава высокохромистого чугуна и интервалы их оптимальных значений.

2. Проведены теоретические и экспериментальные исследования по изучению механизма взаимодействия фпюса при активации и расплава вм-сокохромистого чугуна при диффузионном намораживании заготовки.

3. Разработана методика обоснования оптимальных значений технологических параметров формирования металлопокрытия при механизированном диффузионном намораживании.

4. Исследованы физико-механические и эксплуатационные свойства наплавленных механизированным диффузионным намораживанием износостойких сплавов.

5. Разработаны технологические рекомендации по практическому использованию механизированного диффузионного намораживания в производственных условиях.

Объект и предмет исследования. Обьектом исследования является технология механизированного диффузионного намораживания деталей машин износостойкими материалами. Предмет исследования - технологические параметры процесса механизированного диффузионного намораживания и их влияние на формирование намораживаемого металлопокрытия и его физико-механические и эксплуатационные свойства.

Методология и методы проведения исследования. В работе используются методы теории подобия, течения вязкой жидкости, контактного взаимодействия расплавленных материалов с твердыми веществами, математической статистики, а также экспериментальные методы изучения поверхностного слоя с помощью рентгеноструктурного анализа, физико-механических и эксплуатационных свойств изделий.

Научная новизна и значимость полученных результатов. В работе дано дальнейшее развитие способа изготовления биметаллических изделий диффузионным намораживанием погружением в расплав присадочного материала, заключающееся в повышении прочности соединения наплавленного металла с металлом заготовки и в получении металлопокрытия с заданными физико-механическими свойствами за счет обеспечения и стабилизации оптимального режима намораживания.

Обоснован механизм взаимодействия расплава износостойкого присадочного материала с погружаемой в него офлюсованной поверхности заготовки, на стадии образования первоначального контакта и последующего формирования металлопокрытия на вертикальной стенке.

Разработана методика определения оптимальной скорости относительною перемещения заготовки в расплаве присадочного материала при механизированном диффузионном намораживании.

Обосновано применение установки для механизированною диффузионного намораживания (а.с. №1227322) и предложен состав робото!ехнологиче-ского комплекса, прошедшие проверку в лабораторных и производственных условиях.

Установлена взаимосвязь между параметрами режима механизированного диффузионного намораживания и физико-механическими свойствами получаемых металлопокрытий.

Практическая значимость полученных результатов. Технолотя механизированною диффузионного намораживания реализована в нроизвод-ст влитых условиях. Организованы производственные участки для нанесения

износостойких покрытий на режущую часть машин для внесения в почву жидких комплексных удобрений (ПО "Львовхимсельхозмащ", Украина), долот и лемехов плугов, лап культиваторов (Дятловская РАПТ, Республика Беларусь).

Результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки студентов технических специальностей Белорусского государственного аграрного тех- _ нического университета.

Экономическая значимость полученных результатов. Опыт работы наплавочных участков показал, что технология механизированного диффузионного намораживания - высокоэффективный и производительный способ. Затраты на наплавку составляют 25...30% стоимости заготовки. При этом износостойкость напиленных деталей в 2...3 раза выше износостойкости аналогичных, подвергнутых термической обработке. Механизированное диффузионное намораживание обеспечивает получение социальною эффекта - резкое улучшение условий труда и освобождение человека от выполнения монотонных однообразных операций.

Эго дает возможность использовать разработанную технологию как коммерческий продукт для заинтересованных потребителей.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие научные разработки:

1. Технология механизированного диффузионного намораживания из расплава высокохромистого чугуна, позволяющая получать биметаллические изделия с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

2. Выявленные особенности взаимодействия расплава износостойкого присадочного материала и погружаемой в него офлюсованной поверхностью заготовки, объясняющие механизм формирования зоны сплавления и обеспечивающие получение монолитного соединения основного и наплавляемого металлов биметаллического изделия.

3. Методика определения оптимальной скорости относительного перемещения заготовки в расплаве присадочного материала, позволяющая прогнозировать получение качественного металлопокрытия с требуемыми параметрами и необходимой прочностью его сцепления с металлом заготовки.

4. Принципиальная схема многопозиционной установки для диффузионного намораживания (а.с. №1227322), применение которой позволит механизировать основные операции, обеспечить стабильность и оптимальный режим осуществления технологического процесса наплавки.

5. Состав робототехнологического комплекса для наплавки деталей методом диффузионного намораживания, обеспечивающего выполнение операций технологического процесса наплавки в автоматическом режиме и позволяющего повысить производительность и улучшить условия труда, что особенно эффективно в условиях массового производства.

Личный вклад соискателя. Основные научные и практические результаты, положения, выносимые на защиту, разработаны л получены лично соискателем или при его непосредственном участии.

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов БИМСХ в 1985...1992 гг, БАТУ в 1992...2000 гг., республиканской научно-технической конференции "Проблемы автоматизации сельскохозяйственного производства" - Минск, ноябрь 1985 г., Всесоюзной научно-технической конференции " Актуальные проблемы повышения технического уровня сельскохозяйственных машин", -Москва, январь 1987 г.; Всесоюзной научно-практической конференции "Восстановление изношенных деталей машин", - Рига, сентябрь 1987 г., XII семинаре »о диффузионному насыщению и защитным покрытиям", - Ворошиловград, сентябрь 1988 г., научно-технической конференции "Проблемы механизации, электрификации, автоматизации сельского'хозяйства и подготовки инженерных кадров", - Минск, апрель 1991 г., республиканской научно-технической конференции "Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин", Новополоцк, апрель 1997 г.

Опубликованность результатов. По результатам исследований имеется 10 публикаций, из них 1 статья в научно-техническом журнале, 1 статья в сборнике научных трудов, 4 тезиса докладов на конференциях, 2 описания изобретений к авторским свидетельствам, 2 отчета о научно-исследовательской работе. Всего 154 страницы опубликованных материалов.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 134 наименований й 4 приложений. Работа содержит 200 страниц машинописного текста, включая 56 рисунков, 4 таблицы, списка использованных источников на 9 страницах и приложения на 44 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности исследований, приводятся современные требования к разрабатываемым технологическим процессам восстановления и изготовления деталей машин, раскрывается научная новизна и практическая ценность диссертационной работы, определены задачи исследований.

В первой главе диссертации на основании литературных источников анализируются условия работы и причины утраты работоспособности поч-ворежущих элементов, характер и интенсивность изнашивания, пути и способы повышения их ресурса. Показано, что в процессе работы почворежущие элементы подвергаются действию составляющих почвенной массы, вызывающего разрушение их поверхностного слоя. При этом действие абразивных частиц является преобладающим. Ресурс этих деталей ограничивается износостойкостью их рабочей части, воспринимающей наибольшие контактные нагрузки со стороны почвы. Монометаллическая рабочая часть почворежущих элементов не обеспечивает им требуемой долговечности, поскольку характеризуется низкой сопротивляемостью микрорезанию и микроцарапанию твер-

дыми частицами почвы, хрупкому разрушению и не обладает свойствами самозатачивания.

Отмечено, что повышение ресурса почворежущих элементов может бьпь обеспечено наплавкой на их активную часть, испытывающую наибольшие контактные нагрузки, высоколегированных износостойких материалов. При этом технология наплавки должна обеспечивать наряду' с высокой прочностью сцепления, необходимый состав и структуру рабочего слоя биметаллического изделия.

Применительно к восстановлению и упрочнению почворежущих элементов практический интерес представляет диффузионное намораживание из расплава. К достоинствам этого способа следует отнести диффузионную (без оплавления основы) природу соединения наплавленного слоя с основой, получение высоких физико-механических свойств металлопокрытия, оптимальное соответствие кристаллического строения условиям эксплуатации. Механизированным диффузионным намораживанием обеспечивает целенаправленное формирование заданных свойств наплавленного металла и управление процессом наплавки.

Однако практическая реализация этого способа предопределяет необходимость получения сведений о технологических параметрах режима наплавки и пределах их изменения, механизме формирования металлопокрытия, влиянии технологических параметров на физико-механические свойства и параметры намораживаемого металлопокрытия и получаемого при этом биметаллического изделия.

На основании анализа литературы было разработано направление дальнейших исследований по нанесению механизированным диффузионным намораживанием износостойких металлопокрытий, так" и по изучению их физико-механических свойств.

Вторая глава посвящена изложению теоретических предпосылок к исследованию процесса механизированного диффузионного намораживания. В ней дается объяснение механизма формирования зоны сплавления основного и наплавленного металлов в процессе диффузионного намораживания, влияние скорости относительного перемещения заготовки в расплаве присадочного материала на формирование намораживаемого металлопокрытия.

Показано, что соединение наплавленного металла с заготовкой в процессе диффузионного намораживания осуществляется путем установления внутренних (межатомных) связей между соединяемыми поверхностями. При этом величина прочности сцепления в получаемом биметаллическом изделии будет, в основном, определяться характером и полнотой протекания контактных металлургических процессов взаимодействия первоначально на границе раздела основной металл - расплав флюса и в последующем в системе основной металл-флюс-расплав присадочного сплава.

Взаимодействие на границе раздела основной металл - расплав флюса осуществляется при флюсовании и активации поверхности заготовки, подлежащей наплавке. Флюсованием, протекающем в определенном интервале температур, удаляются имеющиеся на поверхности заготовки неметаллические

пленки, получившиеся вследствие действия на нее внешней среды. Защит подготовленной к наплавке активированной поверхности заготовки от возможности повторного окисления обеспечивается слоем покрывающего ее расплава флюса. Сопротивление процессу спекания расплава флюса может быть описано известным законом Ньютона о течении вязкой жидкости. Условие, при котором флюс не стекая удерживается на вертикально расположенной поверхности заготовки, имеет следующий вид

Ра-Рт-Рв = 0, (1)

где 1;а - адгезия расплава флюса к поверхности заготовки;

Рт - сила тяжести слоя флюса;

Р„ - сила внутреннего трения (вязкости) расплава флюса.

После раскрытия и преобразования выражения (1) получена зависимость по определению минимальной величины вязкости флюса, при которой он будет удерживаться на вертикальной стенке

ь2*рф*ё Ь*аф*(1 + созеф) Ф Ф

где Г) - динамическая вязкость флюса, Па с;

Ь - толщина слоя флюса, ы;

Рф - плотность расплава флюса, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Уф - допустимая скорость движения (стекания) флюса, м/с;

Оф - поверхностное натяжение расплава флюса, Н/м

0ф - угол смачивания расплавом флюса поверхности заготовки;

Б - площадь поверхности заготовки, покрытая флюсом, мг;

В процессе взаимодействия в системе основной металл-флюс-расплав присадочного материала, находящийся на образованной в ходе первого этапа процесса намораживания активной межфазной границе вязкий флюс, замещается расплавом присадочного сплава.

Возможность и интенсивность процесса вытеснения флюса и смачивания расплавом присадочного материала наплавляемой поверхности зависит от соотношения взаимодействующих сил в рассматриваемой системе. При погружении вертикальной поверхности в расплав металла слой флюса испытывает касательные напряжения, сдвигающие его относительно заготовки вверх. Этому способствует капиллярная сила смачивания расплава металла наплавляемой поверхности (И,) и выталкивающая сила (Р.,), действующая на пофу-ж* шый в расплав обьем флюса. Тормозят процесс вьпеснения флюса силы

его вязкого сопротивления (Р,) и адгезии к поверхности заготовки (Т„). Схема к расчету скорости вытеснения флюса с вертикальной поверхности заготовки при ее погружении в расплав присадочного материала представлена на рис.1.

1г

.2

Рис Л. Схема к расчету скорости вытеснения флюса с вертикальной поверхности заготовки при ее погружении в расплав присадочного сплава' 1 - заготовка; 2 -слой расплава флюса; 3 - расплав присадочного сплава; 4 - слой наморо-: женного сплава.

1

Условие равномерного движения флюса при его вытеснении с наплавляемой поверхности в ламинарном режиме имеет вид

I , + Рв- Р, - Я, = 0.

(3)

После раскрытия и преобразования выражения (3) получена уравнение по определению скорости вытеснения флюса с поверхности заготовки при ее погружении в расплав присадочного материала

1 ф -

(4)

где рм - плотность расплава металла, кг/м3;

Ь - высота слоя флюса погруженного в расплав металла, м;

Ом - поверхностное натяжение расплава металла, Н/м;

9М - угол смачивания поверхности заготовки расплавом металла.

Исходя из условия необходимости равномерного и непрерывно последовательного вытеснения флюса и смачивания расплавом металла наплавляемой поверхности можно заключить, что максимальная величина скорости погружения заготовки в расплав не должна превышать скорости вытеснения флюса. В то же время скорость погружения заготовки должна быть такой, чтобы общее время нахождения в расплаве металлов отдельных участков заготовки не превышало максимально допустимого, называемого критическим, при достижении которого произойдет оплавление намороженного слоя. С учетом этого установлена зависимость по определению оптимального интервала значений скорости погружения заготовки в расплав присадочного металла

,(5)

2Н<у ^ь/Рм~Рф)'8^1+ом'(14-со50и)-аф'(1+со5вф)

ч 3

где V, - скорость погружения заготовки в расплав металла, м/с;

Скр - критическое время нахождения заготовки в расплаве, с;

Н - глубина погружения заготовки в расплав, м.

Зависимость (5) может быть использована для обоснования скорости погружения заготовки в расплав присадочного материала при механизированном диффузионном намораживании, обеспечивающей получение намороженного слоя и максимальную величину прочности его соединения с основным металлом заготовки за счет полного вытеснения флюса с наплавляемой поверхности.

В третьей главе изложены общая и частнью методики исследований. Они включают методику исследований технологических параметров механизированного диффузионного намораживания; методику изучения влияния параметров механизированного диффузионного намораживания на формирование металлопокрытия и прочность его соединения С основой; методику исследования физико-механических свойств наплавленных механизированным диффузионным намораживанием сплавов; методики • определения вязкости флюсов, параметров наращиваемого металлопокрытия, фазового состава и лабораторных испытаний на абразивное изнашивание износостойких сплавов; методики стендовых и эксплуатационных сравнительных исследований наплавленных механизированным диффузионным намораживанием износостойкими сплавами почворежущих элементов.

Измерение температуры расплавленного металла и флюса, предварительного нагрева заготовки осуществлялось прямым методом с помощью термопар. В качестве датчиков использовались термопары типа ПР 30/6, ВР20/ВР5. Приемником термо-э.д.с. термопары служили самопишущий потенциометр ЭПП-09МЗ и осциллограф НО 4144.2.

Механизированное диффузионное намораживание заготовок осуществляли при помощи специально сконструированной и изготовленной установки, позволяющей регулировать скорость перемещения и фиксировать продолжительность выдержки заготовки в расплаве флюса и присадочного сплава. Для этого в ее конструкции предусмотрены хронометры с точностью отсчета 0,1 и 0,01 с, регулировочный реостат, сменные кулачки с различными профилями рабочей части.

Исследования прочности сцепления между заготовкой и намороженным сплавом проводили по методу нормального отрыва согласно ГОСТ 1497-93.

Измерение параметров наращиваемого металлопокрытия осуществляли микрометром МК-25 ГОСТ 4381-87 по высоте наплавки, начиная от верхней ее границы.

Исследования структуры осуществляли методом оптической микроскопии. Испытания на твердость и микротвердость проводили прямым статическим методом по ГОСТ 23677-79, ГОСТ 9459-76, испытания на ударную вязкость - по методу Шарли.

Для определения вязкости расплавленных флюсов использовался метод концентрично вращающихся цилиндров (метод Маргулиса).

Фазовый состав износостойких сплавов определяли способом рентгено-структурного когерентного анализа. Лабораторные исследования износостойкости высокохромистых чугунов, стендовые испытания наплавленных механизированным диффузионным намораживанием почворежущих элементов проводили на установках, разработанных и изготовленных на кафедре ремонта машин БАТУ. •

Эксплуатационные сравнительные испытания почворежущих элементов проводили на МИС по специально разработанной программе и методике.

Четвертая глава посвящена комплексным исследованиям влияния различных факторов на формирование намораживаемого металлопокрытия и обеспечение монолитного соединения в биметалле, обоснованию оптимальных параметров механизированного диффузионного намораживания.

Исследования проводили в три этапа. На первом этапе решалась задача выбора способа и оптимизация технологических параметров режима активации наплавляемой поверхности заготовки. В ходе экспериментов оценивалась технологичность различных способов нагрева и флюсования заготовки применительно к механизированному диффузионному намораживанию, влияние состава и свойств флюсов на качество подготовки вертикально расположенной поверхности заготовки.

Установлено, что нагрев заготовки до температуры активации целесообразно осуществлять токами высокой частоты. Индукционный нагрев обеспечивает необходимую производительность и ограничивает процесс окалииооб-

разования. Лучшие результаты по качеству и производителыюстн обеспечиваются при активации наплавляемой поверхности погружением в расплав флюса. Исследовались свойства флюсов на основе буры и борной кислоты с введением в его состав в качестве повышающей активность добавки до Юм.ч. пермаигаиата калия. С учетом активности исследуемых флюсов и особенностей механизированного диффузионного намораживания продолжительность активации установлена в пределах 4...10 с. В ходе экспериментов определено, что оптимальные защитные свойства обеспечиваются флюсами, имеющими вязкость близкую к величине 1,0 Па с. Расплавы флюсов такой вязкости хорошо смачивают активируемую поверхность и удерживаются на ней сплошным слоем. Добавка перманганата калия в состав борного флюса уменьшает вязкость его расплава и сокращает продолжительность активации при одинаковой температуре.

Анализ результатов исследований позволяет рекомендовать следующие интервалы оптимальной температуры активации с применением флюсов различных составов. Для флюса состава 60 м.ч. В203 и 40 м.ч. Ыа1В407 интервал оптимальной температуры активации находится в пределах 1123. .1223 К; флюса - 60 м.ч. В2(Э), 40 м.ч. Ыа2В407 и 2 м.ч. КМп04 - 1085...1 183 К; флюса -60 м.ч. В2Оз, 40 м.ч. Ыа2В407 и 5 м.ч. КМл04 - 1060...1160 К; флюса - 60 м.ч. В2Оь 40 м.ч. №2В407 и 10 м.ч. КМп04 - 1048...1135 К. В указанных интервалах температур вязкость исследуемых флюсов находится в пределах 1,0...2,3 Пас.

На втором этапе исследований изучалось влияние вязкости флюса, удерживающегося на активированной поверхности заготовки, скорости погружения и продолжительности выдержки заготовки в расплаве присадочного сплава на формирование намораживаемого металлопокрытия и величину прочности его сцепления с основным металлом.

Установлено, что флюс вязкостью 1,0...2,3 Па с достаточно полно вытесняется с наплавляемой поверхности, тем самым способствуя образованию монолитного соединения основного и наплавленного металлов, при скорости погружения заготовки в расплав находящейся в пределах 0,05...0,2 м/с. Причем оптимальные условия получения монолитного сцепления в биметаллическом соединении обеспечиваются при соответствии вязкости применяемого флюса и скорости пофужения заготовки. Минимальному значению указанного интервала вязкости флюса соответствует весь интервал значений скорости погружения. С увеличением вязкости флюса и высоты наплавляемою слоя оптимальный интервал значений скорости погружения заготовки в расплав сужается.

Определено, что продолжительность контакта расплава и погруженной в него заготовки увеличивается в понижением температуры активации и увеличением толщины заготовки. По мере увеличения продолжительности контакта наблюдается рост толщины намораживаемого металлопокрытия. Время, в течение которого наблюдается рост и сохранение слоя наплавленного металла ограничено. Если продолжительность пребывания заготовки в расплаве превышает максимально допустимую величину, то происходит лавинообразное

и

расплавление наплавленного слоя.

На основании результатов исследований разработана номограмма (рис.2) определения интервала оптимальной скорости погружения заготовки в расплав V с учетом температуры активации Та, состава применяемого флюса Ф и вязкости 1) его расплава, толщины заготовки Б и высоты наплавки (глубины погружения заготовки в расплав) Ь, продолжительности контакта т заготовки и расплава металла.

У,м/с

Рнс.2. Номограмма но определению интервала оптимальных значений скорости погружения заготовки в расплав.

Пользуясь номограммой первоначально определяют, в зависимости от температуры активации Т, и вязкости г| применяемого для активации флюса Ф, верхнюю границу интервала оптимальных значений скорости погружения заготовки в расплав. Минимальное значение интервала определяется по величине критического времени т для определенной температуры Т,, толщины заготовки 8 и высоты наплавки Ь.

На третьем этапе исследовались физико-механические и эксплуатационные свойства наплавленных механизированным диффузионным намораживанием износостойких сплавов применительно к восстановлению и упрочнению почворежущих элементов. Изучались материалы выпускаемые промышленностью: С-1; С-27; ФБХ-6-2; ИТС-01; УС-25 и экспериментальные ЭС-8; ЭС-11; ')С-15; ЭС-18. На изшшвлснных с соблюдением реко-

мендуемых оптимальных значениях параметров механизированного диффузионного намораживания образцах исследовались: прочность сцепления в биметаллическом соединении; зона сплавления износостойкого сплава с заготовкой; твердость и микротвердость; ударная вязкость; микроструктура и фазовый состав; абразивная износостойкость.

Установлено, что прочност ь сцепления металла заготовки и наплавленных износостойких материалов находится на уровне предела прочности на растяжение последних. Зона сплавления в биметалле стальная основа - наплавленный намораживанием сплав состоит' из совокупности пограничных объемов основного и наплавленного металлов. Третьего материала между ними, которым могли быть оксидная пленка, флюс или шлак не выявлено. Монолитность соединения между основой и наплавленным слоем подтверждается наличием диффузии легирующих элементов из наплавленного слоя в основной металл. За время наплавки и последующего охлаждения хром и никель диффундируют в заготовку на глубину около 2 мкм.

Результаты исследований показали, что наибольшие значения твердости имеют сплавы ФБХ-6-2, С-27 и С-1, средняя величина которой для них соответственно 61,5; 58,5 и 53,0 HRCj. Исследованиями микроструктуры и фазового состава установлено наличие металлических, карбидных и боридных фаз, имеющих высокую микротвердость, и пластичных фаз (феррита a-Fe и аусте-нита y-Fe), являющихся матрицей и обеспечивающих закрепление твердых фаз. Характерным для микроструктуры наплавленных сплавов является преобладание продолговатой формы карбидов и ориентации их нормально к наплавляемой поверхности. Результаты измерения твердости выявленных фаз свидетельствуют, что структурные составляющие светлой фазы в большинстве своем имеют микротвердость в интервале 10,5...18,3 ГПа, что в 2...3 раза выше микротвердости темной фазы, равной 3,7...6,9 ГПа. Наличие структурных составляющих микротвердостыо выше 10 ГПа наряду с пластичной матрицей и направленной кристаллизацией карбидов предполагает высокую сопротивляемость сплавов абразивному изнашиванию за счет снижения хрупкости и уменьшения выкрашивания твердой фазы в больших объемах. Ударная вязкость биметаллических образцов, полученных механизированным диффузионным намораживанием, значительно выше аналогичного показателя основы после обьемной закалки.

Высокий уровень физико-механических свойств сплавов ФЬХ-6-2; С-1; С-27; УС-25; ИТС-01 позволяет рекомендовать эти сплавы для восстановления и упрочнения деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания. Лабораторные испытания на износостойкость рекомендуемых сплавов позволили получить коэффициенты их относительной износостойкости в сравнению со сталью 45 равные для ФБХ-6-2 - 8,7; С-27 - 7,43; С-1 - 6,2; УС-25 - 5,7 и ИТС-01 -5,0. Стендовые испытания зубьев борон с рабочей частью плакированной материалами ФБХ-6-2; С-27; С-1; УС-25 показали, что их износостойкость соответственно ы 6,2; 3,6; 2,7 и 2,0 раза выше серийных.

Результаты эксплуатационных испытаний на машиноиспытательных станциях подтвердили высокий уровень работоспособности почворежущих

элементов с биметаллической рабочей частью. Так, наработка до предельного состояния наплавленных механизированным диффузионным намораживанием зубьев БЗС-бОЗ борон в 2,0, а зубьев БЗС-бОЗУ в 3,5 раза превышало наработку серийных. Экспериментальные лапы культиватора АКШ-6 имели ресурс в 3,0...4,0, а культиватора КЧ-5,1 в 3,0 раза выше ресурса серийных. Износостойкость лемеха П-702 и долота плуга для каменистых почв с наплавленными, износостойкими материалами рабочими частями, воспринимающими наибольшие удельные давления со стороны почвы, соответствещю в 1,5...2,0 и в 3,0...3,5 раза превосходили износостойкость аналогичных деталей с монометаллической рабочей частью. Наплавленные механизированным диффузионным намораживанием износостойкими материалами лапы машин для внесения ' в почву жидких комплексный удобрений имели ресурс в 2,0 раза больший, чем серийные с рабочей частью, упрочненной электродуговой наплавкой порошковой проволокой ПП-АН-125. С учетом результатов испытаний экспериментальные почворежущие элементы рекомендованы МИС к массовому производству.

В пятой главе освещается область применения и выполнен расчет экономической эффективности использования механизированного диффузионного намораживания при упрочнении и восстановлении деталей машин ; изложены требования к технологии плавки износостойких материалов, активации наплавляемой поверхности заготовки, механизированному диффузионному намораживанию; дается описание конструкции установки для механизированного диффузионного намораживания и на ее основе состава робототехнологического комплекса (РТК) для автоматической наплавки (рис.3); приведена циклограмма взаимодействия механизмов и вспомогательных устройств РТК.

Рис.3 .Схема РТК для автоматической наплавки деталей диффузионным намораживанием: 1 - робот-манипулятор; 2 - загрузочное устройство; 3 - трансформаторный блок индукционной установки; 4 - электропечь для выплавки флюса; 5 - дозатор флюса; 6 - индукционная плавильная печь; 7 - дозатор присадочного сплава; 8 -пульт управления и контроля; 9 - контейнер для сбора наплавленных деталей.

Отмечено, что технологию механизированного диффузионного намораживания рекомендуется применять для повышения ресурса деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания и подверженных действию динамических нагрузок, когда требуется нанесение износостойкого слоя до 3,5 мм. Способ предполагает рациональное использование свойств наплавленных деталей за счет применения биметаллической рабочей части. Расход износостойкого материала при этом составляет от 3 до 15% по отношению к исходной массе детали. Затраты на проведение наплавочных работ (с учетом стоимости износостойкого сплава) в общей стоимости не превышает 25...30% стоимости новой серийно изготовленной детали.

Приложения содержат блок-схемы алгоритмов расчетов на ПЭВМ, теоретические значения и результаты экспериментальных исследований основных технологических параметров механизированного диффузионного намораживания, результаты исследований физико-механических свойств биметаллических образцов и износостойких материалов, лабораторных испытаний образцов и стендовых сравнительных испытаний зубьев борон на абразивное изнашивание, приводится расчет затрат для определения экономической эффективности применения механизированного диффузионного намораживания при восстановлении и упрочнении лап машин для внесения в почву жидких комплексных удобрений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ условий работы, величины и характера износа серийно выпускаемых почворежуших элементов, изготовленных из среднеуглеродистой стали с традиционным способом упрочнения (закалка^отпуск) показывает, что их наработка до предельного состояния на песчаных и супесчаных почвах многократно меньше сезонной наработки, что требует их неоднократной замены новыми деталями. Ресурс серийных почворежуших элементов лимитируется абразивной износостойкостью рабочей части детали, изнашивание которой, главным образом, предопределяется процессами микрорезания и микроцарапания поверхностного слоя «металла более твердыми абразивными частицами почвы. Рабочая часть серийных почворежуших элементов не обладает свойствами самозатачивания. Повышение ресурса при восстановлении и упрочнении почворежуших элементов различных размеров, формы и ссчсния может быть обеспечено механизированным диффузионным намораживанием износостойкими материалами их рабочей части, воспринимающей наибольшие контактные нагрузки [2,3].

2. Теоретические и экспериментальные исследования механизированного диффузионного намораживания показали, что технологическими предпосылками формирования намораживаемого металлопокрытия являются: наличие физически чистой наплавляемой поверхности заготовки; вытеснение

флюса и смачивание активированной поверхности заготовки при ее погружении в расплав металла; соблюдение оптимальной разности температур нагрева заготовки и расплава. Полученные теоретические зависимости, объясняющие механизм диффузионного намораживания при заданных параметрах процесса, устанавливают, что достижение максимальной прочности сцепления в получаемом биметаллическом изделии обеспечивается полнотой вытеснения флюса с наплавляемой поверхности. Условием получения монолитного биметаллического соединения является соответствие скорости истечения флюса и скорости погружения заготовки в расплав [2,8,9].

3. Установлено, что максимальная величина прочности сцепления намораживаемого металла с заготовкой при оптимальных значениях технологических температур расплава металла и заготовки обеспечивается при активации флюсами, имеющими вязкость 1,0...2,3 Па с и скорости погружения заготовки в расплав 0,05...0,2 м/с. В пределах указанных интервалов оптимальные значения скорости погружения заготовки в расплав, соответствующие значениям вязкости применяемого флюса, с учетом температуры активации, размеров заготовки и высоты намораживаемого слоя могут быть определены по номограмме, разработанной с использованием результатов исследований [2,9j.

4. Выявлено влияние продолжительности контакта расплава металла с заготовкой, температуры активации и размеров заготовки на формирование слоя намораживаемого сплава. Установлено, что по мере увеличения продолжительности контакта заготовки и расплава наблюдается рост толщины слоя затвердевшего сплава. Образовавшееся металлопокрытие разрушается, если продолжительность контакта превысит максимально допустимую величину. Па заготовках больших размеров и с меньшей температурой активации, при прочих равных условиях, намораживаются металлопокрытия большей толщины [6].

5. Определено, что условием работы с ударно-абразивным изнашиванием отвечают наплавленные механизированным диффузионным намораживанием материалы ФБХ-6-2, С-27, С-1, УС-25. Их твердость находится в пределах 52...61,5 НКСэ. Ударная вязкость наплавленных этими сплавами образцов составляет 316,5...460,2 кДж/м2. Величина прочности сцепления с заготовкой намороженных сплавов находится на уровне их предела прочности на растяжение. Структура намороженных сплавов характеризуется наличием избыточных карбидов и боридов микротвердостью 10,5...18,3 ГПа, преобладанием их продолговатой формы и ориентацией нормально наплавляемой поверхности. Относительная износостойкость указанных сплавов в 5,7...8,7 раз выше износостойкости стали 45. Результаты исследований фнзико-механическнх свойств износостойких сплавов позволяет рекомендовать материалы ФБХ-6-2, С-27, С-1, УС-25 для механизированного диффузионного намораживания деталей машин, работающих в условиях интенсивною абразивного изнашивания с ударными нагрузками [4,9,10].

6. Результаты эксплуатационных испытаний подтверждают высокий уровень работоспособности почворежущнх элементе наплавленных рекомендуемыми сплавами. Ресурс биметаллических деталей в 2. .4 pasa выше ре-

сурса серийных. Опыт работы наплавочных участков, где внедрены результаты исследований показал, что механизированное диффузионное намораживание - высокоэффективный и производительный способ. Затраты на проведение наплавочных работ не превышают 25. .30% стоимости серийных деталей. Способ предполагает автоматизацию процесса диффузионного намораживания путем создания на базе установки для механизированного диффузионного намораживания робототехнологического комплекса [1,5,7].

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Бетеня Г.Ф., Анискович Г.И. Робототехнологический комплекс для наплавки деталей методом намораживания //Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственных машин: Сб. научн. тр. /Редкол.: Ю.И.Титов (отв. ред.) и др. - Горки: БСХА, 1989. -с. 11-15.

2. Упрочнение и восстановление лочворежущих элементов диффузионным намораживанием /Г.Ф.Бетеня, Н.В.Кардаш, Г.И.Анискович и др// Аг-ропанорама. - 1997. -N4. -с.4-7.

3. Технология восстановления рыхлительных зубьев культиваторов КПС-4 наплавкой намораживанием на заготовку /Кардаш Н.В., Анискович Г.И., Зайко H.A., Анискович Н.И. //Актуальные проблемы повышения технического уровня с.х. машин: Тез. докл. научн.-^технич. конф., Москва, 7-9 янв.1987 г. /Научн.производ.обьед. по с.х. машиностр. НПО ВИСХОМ -М.:, 1987. -с.133-134.

4. Повышение эксплуатационных свойств наплавленных намораживанием почворежущих элементов термической обработкой /Зайко H.A., Анискович Г.И., Кардаш Н.В., Анискович Н.И.// Актуальные проблемы повышения технического уровня с.х. машин: Тез. докл. научн.-техниу. конф., Москва, 7-9 янв.1987 г. /Научн. произвол, объед. по с.х. машиностр. НПО ВИСХОМ -М.:, 1987.-с.134-135.

5. Бетеня Г.Ф., Анискович Г.И. Терешкович В.Г1. Опыт внедрения и перспективы использования наплавки намораживанием при восстановлении и упрочнении деталей машин. //Проблемы механизации, электрификации, автоматизации сельского хозяйства и подготовки инженерных кадров: Тез. докл. науч. конф., Минск, 16-19 апреля 1991 г. /Бел. инст. мех. с.х-ва, Минск, 1991. -с.156-157.

6. Бетеня Г.Ф., Анискович Г.И. Зависимость толщины металлопокрытия от технологических параметров диффузионного намораживания /Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин: Тез. докл. научн.-технич. конф., Новополоцк, 27-28 апреля 1997г. /Акад.наук Беларуси, Полоц. гос. университет. - Новополоцк, 1997. -с.64-65.

7. A.c. 1227322 СССР, МКИЗ В 22 D 11/14, 19/10. Многопозиционная установка роторного типа для автоматической наплавки методом намораживания погружением в расплав /Г.Ф.Бетеня, Г.И.Анискович, И.П. Лобузов, Г.И.Носков (СССР). -№3787394/22, заявлено 14.06.84, опубл. 30.04.86, Бюл. №16. //Открытия. Изобретения. -1986. -№16.-с.61.

8. A.c. 1416266 СССР, МКИЗ В 22 D 19/00. Способ изготовления биме-

таллических изделий намораживанием на заготовку. /Г.Ф.Бетеня,Н.В.Кардаш, Г.И.Анискович и др. (СССР)-№4170721/23, заявлено 20.10.86, опубл. 15.08.88. Бюл.ИЗО. //Открытия. Изобретения. -1988. -№ 30. -с.43.

9. Разработка и исследование технологии механизированной наплавки намораживанием лап машин для внесения в почву жидких комплексных удобрений: Отчет о НИР (заключит.) /Бел. инст. мех. с.х-ва; Рук. темы Г.Ф.Бетеня, отв. исп. Г.И.Анискович-№ ГР 02850027428. - Минск, -1984. - 67 с.

10. Исследование эффективности использования экспериментальных .наплавочных материалов, разработка и изыскание новых вариантов наплавки намораживанием лап типа УЛП: Шчет о НИР (заключит.) /Бел. инст. мех. с.х-ва; Рук. темы Г.Ф.Бетеня, ,ртв. исп. Г.И.Анискович - № ГР 01880070431. -Минск,-1987. - 69 с.

РЕЗЮМЕ

АНИСКОВИЧ Геннадий Иосифович ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН МЕХАНИЗИРОВАННЫМ

ДИФФУЗИОННЫМ НАМОРАЖИВАНИЕМ ИЗНОСОСТОЙКИМИ СПЛАВАМИ

Ключевые слова: почворежущий элемент, абразивное изнашивание, восстановление, упрочнение, механизированное диффузионное намораживание, вязкость флюса, скорость погружения, износостойкое металлопокрытие.

Объектом исследования является технология механизированного диффузионного намораживания деталей машин.

Цель работы - оптимизация технологических параметров и разработка технологического процесса механизированного диффузионного намораживания применительно к восстановлению и упрочнению почворежущих элементов износостойкими сплавами.

В работе используются методы теории подобия, течения вязкой жидкости, контактного взаимодействия расплавленных материалов с твердыми веществами, математической статистики, а также экспериментальные методы изучения поверхностного слоя с помощью рентгеноструктурного анализа, физико-механических и эксплуатационных свойств изделий.

Разработана методика обоснования скорости относительного перемещения заготовки в расплаве присадочного сплава, определены оптимальные значения основных технологических параметров механизированного диффузионного намораживания и установлено их влияние на формирование металлопокрытия и прочность его сцепления с металлом заготовки. Исследованы физико-механические свойства наплавленных механизированным диффузионным намораживанием износостойких сплавов и полученных при этом биметаллических изделий.

Результаты работы могут быть использованы в различных отраслях крупносерийного и массового ремонтного и машиностроительного производств для восстановления и упрочнения деталей машин.

РЭЗЮМЭ

АН1СКОВ1Ч Генадзш 1оафав!ч АД11АУЛЕННЕ I УМАЦАВАННЕ ДЭТАЛЯУ ГЛЕБААПРАЦОУЧЫХ МАШЫН МЕХАШЗАВАНЫМ ДЫФУ31ЙНЫМ НАМАРОЖВАННЕМ ЗНОСАСТОЙК1М1 СГ1ЛАВАМ1

Клгочавыя словы: глебарэжучы элемент, абраз1унае зношванне, ад-науленне, умацаванне, мехашзаванае дыфузшнае намарожванне, вязкасць флюсу, скорасць перамяшчэння, зносастойюя металлапакрышц.

Аб'ектам доследования з' яуляёцца тэхналопя механпаванага дыфу-зн1нага ьамарожвання дэталяу машын.

Мэта пряны - аптымпацыя тэхналапчных параметрау 1 распрапоука гэхналапчнага працэса мехашзаванага дыфузшнага намарожвання у прымя-пенн! да аднаулення 1' умацавання глебарэжучых элемента^ зносастойюЧн сплавам!.

У працы выкарыстоуваюцца метады тэорьп падабенства, тячэння вяжай вадкасш, кантактнага узаемадзеяння расплауленых матэрыялау з цвердым'| р ) чь!вам1, матэматычнай статыстыю, а таксама экспериментальный мегады вы-вучэння паверхнеиага слоя з дапамогай рэнтгенасгруктурнага аналпу, ([п пка-мехашчных \ экснлуатацыйных уласшвасцяу вырабау.

Распрацавана методыка абфунтавання скорасш адноснага перамяшчншя загатоую у расплаве прысадачнага сплаву, вызначаны аитымальныя значэнш асноуных тэхналапчных параметрау мехашзаванага дыфуз)йнага намарожвання I установлены ¡х уплыу на фарм1раванне мегалапакрыцця \ трываласнь яго счаплення з металам загатоукк Даследавапы фЫка-мехашчныя уласшвасш наплауленых мехаш'заваным дыфузшным намарожваннем зносастоГшх сига-вау I атрыманых пры гэтым б1мегалгшых вырабау.

Вын!к1 працы могупь быць выкарыстаны у розных I ал ¡пах буйна-серыйнай 1 масавай рамонтнай 1 машмнабулаутчай вытворчасш дтя аднаулення I умацавання /шаля)? машын.