ИЗНОСОСТОЙКИЕ БОРИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ОРГАНОВ СЕЛЬХОЗТЕХНИКИ
Кондрух А.В., Коваль Д.В.
Научные руководители: Кривочуров Н.Т., к.т.н., Ишков А.В., д.т.н, профессор
ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», г. Барнаул
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В качестве борирующих агентов различной природы использовали технический карбид бора В4С по ГОСТ 5744-85 [1] и реактивный аморфный бор квалификации х.ч. В качестве флюса использовали известный состав для индукционной наплавки (флюс П-0,66), состоящий из прокаленной буры, борного ангидрида, силикокальция и сварочного флюса АН-348А (30% Na2B4O7, 20% B2O3, 10% CaSi2, 40% АН-348А). Борирующие смеси свободно наносились на предварительно подготовленные, зачищенные образцы СЛ, выполненные из стали 65Г (ГОСТ 4543-71), осуществлялся их ТВЧ-нагрев в петлевом индукторе лампового генератора ВЧГ 7-60/0,066. Настройка контура и геометрия индуктора обеспечивали нагрев исследуемых образцов до температуры 1300-1350 оС в течение 40-60 сек, с последующей стабилизацией. После выдержки при указанной температуре в течение 1-2 мин образцы вынимались из индуктора и остывали свободно.
Полевой эксперимент проводился в с. Семёновка Кулундинского р-на Алтайского края весной 2010 г. Характеристика почвы: тип – тяжелая каштановая среднесуглинистая песчаная, твердость 1,6-1,8 МПа, плотность 1090-1620 кг/м3, влажность 19-21 об.%. Средняя скорость машинно-тракторного агрегата составила 1,94-2,17 м/с.
У боридных покрытий были исследованы: микроструктура, толщина борированного слоя (МИМ-7, Neophot-30), микротвердость (ПМТ-3, нагрузка 50, 100 г), фазовый состав (ДРОН-2, излучение Co - Кα). В полевом эксперименте весовой износ определялся взвешиванием очищенных СЛ на лабораторных весах CAS MWP-3000, линейный износ – измерением размеров СЛ штангенциркулем ШЦ-III-1000-0,05, а их абрисов – курвиметром КМ-1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для лучшего раскисления, удаления окисных пленок и перевода твердофазного процесса в квазижидкостное борирование в состав борирующих обмазок был введен плавленый флюс для индукционной наплавки П-0,66, приготовленный по методике, описанной в [2]. Состав исследованных смесей приведен в таблице 1.
Таблица 1. Состав исследованных борирующих смесей, мас. %
Смесь
|
Борирующий агент
|
Активатор
|
Флюс
|
I
|
B4C (90)
|
-
|
П-0,66 (10)
|
Iа
|
B4C (84)
|
NH4Cl (6)
|
П-0,66 (10)
|
II
|
B4C (84)
|
-
|
П-0,66 (16)
|
IIа
|
B4C (90)
|
CaF2 (5)
|
П-0,66 (5)
|
III
|
В (90)
|
-
|
П-0,66 (10)
|
IIIа
|
B (90)
|
CaF2 (5)
|
П-0,66 (5)
|
Было установлено, что при скоростном ТВЧ-нагреве стали 65Г, покрытой исследованными борирующими составами, при выбранных параметрах процесса (Т=1200-1300 оС, выдержка 1-2 мин) на всех образцах образуются покрытия, по внешнему виду напоминающие наплавленный твердый сплав. Их рентгенофазовый анализ показал присутствие фаз: -Fe, FeB и Fe2B (с выраженным преобладанием одной из фаз), Fe3(C,B) и Fe23(C,B)6. То есть, при ТВЧ-нагреве легированных углеродистых сталей под слоем флюса П-0,66, содержащего от 84 до 90 % борирующих агентов, на их поверхности образуются сложные боридные покрытия. Для выяснения характеристик и структуры полученных слоев, а также состояния боридов в них были получены микрофотографии шлифов (рис. 1).
Как видно из рисунка 1, при выбранных температурных условиях и времени борирования структура и состояние границы полученных износостойких слоев отличаются, но во всех случаях, в отличие от классических боридных иглообразных двухфазных слоев, на поверхности образцов образуется более стойкая в условиях тяжелого абразивного, знакопеременного и ударного износа пластичная боридная эвтектика с выраженной или диффузионной границей. Изменений структуры основного металла из-за перегрева не наблюдается.
На ПОО из стали 65Г образуются боридные покрытия, в основном, трех типов с микротвердостью от 950 до 2300 и толщиной до 260-280 мкм.
Рис. 1. Структура боридных покрытий на стали 65 Г, полученных за
1 мин из различных смесей (300): а. - Iа, б. - II, в. - IIIа
Параметрами, контролируемыми при износе СЛ, являлись: ширина захвата лапы (B), ширина крыла лапы (b), длина крыла лапы (l), площадь перекрытия лапы (S), средний весовой износ (m), а также качественные параметры износа поверхности лап и их отдельных участков.
Варианты нанесения борирующей обмазки на режущую кромку СЛ приведены в таблице 2. Данные по износу различных поверхностно-упрочненных СЛ относительно контроля приведены в таблице 3.
Таблица 2. Варианты нанесения борирующей обмазки на стрельчатую лапу[3].
Вариант
|
Схема нанесения обмазки
|
Описание
|
Вариант
|
Схема нанесения обмазки
|
Описание
|
I.
|
|
нанесение на лицевую сторону
|
IV.
|
|
нанесение на 2/3 обратной стороны
|
II.
|
|
нанесение на
обратную сторону
|
V.
|
|
нанесение на 2/3 обратной стороны и носок
|
III.
|
|
нанесение на обе стороны
|
VI.
|
|
нанесение полосок на 2/3 лицевой строны
|
В полевом эксперименте ПК всего было обработано 400 га, что составило 12,5 га наработки на каждую СЛ культиваторной секции. Это свидетельствует о тяжелых условиях работы ПК в засушливый весенний период 2010 г на почвах исследованного типа и повышенном износе коммерческих СЛ (как объемно закаленных, так и упрочненных традиционным способом).
Наилучшую износостойкость продемонстрировали СЛ, упрочненные нанесением обмазки по варианту IV и, особенно, V (табл. 2). В первом случае износ по отдельным размерным параметрам не превысил 13-16 %, во втором составил менее 10 %. У этих лап в процессе изнашивания практически не изменяется геометрия носка, наблюдается высокое самозатачивание и минимальный износ крыльев по ширине и длине, сохранение ресурса при их постановке как в первый, так и во второй ряд культиваторной секции ПК.
Таблица 3. Относительный износ поверхностно-упрочненных СЛ
Шифр
|
Износ по параметру IX, %
|
Схема установки на ПК
|
B
|
b
|
l
|
S
|
m
|
I-2-БП,О
|
12,1
|
17,2
|
20,7
|
33,8
|
28,6
|
первый ряд
|
II-1-П,О
|
12,7
|
27,9
|
21,5
|
33,4
|
34,5
|
второй ряд
|
III-1-БП,О
|
12,3
|
16,8
|
20,9
|
34,9
|
28,6
|
первый ряд
|
III-2-П,О
|
19,1
|
22,4
|
29,6
|
41,2
|
33,3
|
второй ряд
|
V-2-БП,З
|
9,9
|
8,8
|
13,7
|
23,5
|
19,1
|
первый ряд
|
V-1-П,З
|
9,3
|
16,3
|
13,2
|
25,2
|
25,0
|
второй ряд
|
IV-1-БП,О
|
27,4
|
33,8
|
30,0
|
49,4
|
44,1
|
первый ряд
|
IV-2-П,О
|
28,2
|
52,3
|
33,3
|
51,8
|
55,9
|
второй ряд
|
I-1-БП,О
|
8,4
|
11,1
|
13,6
|
23,5
|
20,2
|
первый ряд
|
I-1-БП,З
|
13,4
|
13,1
|
18,9
|
31,1
|
22,6
|
второй ряд
|
VI-2-П,З
|
25,9
|
36,4
|
31,3
|
50,5
|
35,7
|
первый ряд
|
контроль
|
19,9
|
43,6
|
32,5
|
50,4
|
40,5
|
второй ряд
|
Таким образом, хотя наиболее эффективной в процессе высокоскоростного борирования при ТВЧ-нагреве и оказалась обмазка на основе состава IIIа, однако из-за наличия выраженной границы раздела с основным металлом, наличием в покрытии остатков флюса и высокой стоимости аморфного бора для получения износостойких покрытий при ТВЧ-нагреве для ПОО сельхозтехники с приемлемым соотношением цена/качество следует рекомендовать обмазки на основе составов с карбидом бора и флюса П-0,66. Проведенные исследования износа СЛ в реальных условиях позволили установить характер влияния отдельных технологических факторов и выбрать оптимальную схему нанесения боридного покрытия и параметры процесса.
Список использованной литературы
Ткачев В.Н. Индукционная наплавка твердых сплавов / В.Н. Ткачев, Б.Ч. Фиштейн, Н.В. Казинцев, Д.А. Алдырев. – М. : Машиностроение, 1970.
Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник под редакцией Л.С. Ляховича. – М. : Металлургия, 1981.
Белый А.В. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев / А.В. Белый, Г.Д. Карпенко, К.Н. Мышкин. – М. : Машиностроение, 1991.
УДК631.356.4:658.562
|
