СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН

MODERN METHODS OF RESTORATION AND STRENGTHENING OF WORKING BODIES OF TILLAGE MACHINES

Zraev Aleksandar Dmitrievich

student, Oryol State Agrarian University,

Russia, Oryol,

Zaytsev Sergey Aleksandrovich,

docent, Oryol State Agrarian University,

Russia, Oryol,

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены современные методы восстановления и упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин такие, как: газодинамическое напыление (ГДН), микродуговое оксидирование (МДО) и карбовибродуговое упрочнение (КВДУ). Их плюсы и минусы, принципы работы, области применения. Также будут рассмотрены комбинированные способы упрочнения деталей машин.

Недостаточный ресурс поставляемых рабочих органов почвообрабатывающих машин приводит к быстрому выходу из строя этих деталей. Это значительно увеличивает затраты фермеров и крупных агрохолдингов на их покупку в качестве запасных частей, снижает качество выполняемых полевых работ и увеличивает сроки их выполнения. Ресурс рабочих органов может быть увеличен путём упрочнения данных деталей износостойкими покрытиями. При этом необходимо отметить, что в применении твёрдых сплавов для данных целей достигнут определённый предел. В этой связи представляется перспективным применение КВДУ с нанесением металлокерамического покрытия. Керамика обладает рядом ценных характеристик (высокая твёрдость и износостойкость, низкая стоимость) на основе которых возможно создание композиционных покрытий, стойких в условиях абразивного воздействия со стороны почвы. Таким образом, в условиях низкого ресурса поставляемых рабочих органов является актуальным рассмотрение вопроса повышения их износостойкости с использованием материалов на основе технической керамики.

Целью исследования является повышение ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин путём получения на их поверхности износостойких покрытий с использованием плакированных порошков технической керамики.

Рассмотрим некоторые из них.

ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ

Метод газодинамического напыления (ГДН). Установка для Газодинамического напыления (Рисунок 1). Позволяет наносить покрытия с широким набором функциональных свойств практически на любой материал подложки, восстанавливать геометрические размеры деталей, поврежденных в процессе эксплуатации, и проводить восстановление защитных противокоррозионных покрытий без трудоемкого демонтажа конструкции. Простота и технологичность процесса, мобильность установок для нанесения покрытий методом ГДН дают возможность применять данный метод как в промышленных условиях с использованием роботизированных систем, так и в «полевых» условиях. Чаще всего поверхности подлежат металлизации, при этом наносимое покрытие имеет высокую адгезию с материалом, на которую оно наносится, а изделие получается механически прочным. Напыляться могут чисто металлические порошки или смеси, в состав которых, помимо металлической составляющей, вводится керамический порошок в определенных количествах. Это значительно удешевляет технологию получения порошкового покрытия и не сказывается на его свойства, что подтверждает исследования Зайцева С.А о зависимости износостойкости от микротвердости в газонапыленных покрытиях лап культиваторов.

К преимуществам технологии относят: выполнение работ при любых климатических условиях (давлении, температуре, влажности); возможность применения оборудования стационарного и переносного типа, что в последнем случае позволяет осуществлять работы по месту их проведения; возможность нанесения покрытия на локальные участки (дефектные места); возможность создания слоев с разными свойствами; возможность создания слоя необходимой толщины или разных по толщине в многослойных покрытиях; процесс не оказывает влияния на структуру изделия, на которое наносится напыление, что является важным преимуществом; безопасность; экологичность.

К недостатку этого вида напыления относят только один факт. Слои можно наносить на пластичные металлы, такие как медь, цинк, алюминий, никель и сплавы на их основе.

Рисунок 1. Установка для Газодинамического напыления

МИКРОДУГОВОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ

Микродуговое оксидирование – это электрохимический процесс модификации (окисления) поверхности вентильных металлов и их сплавов (например, сплавы Al, Mg, Ti и др.) в электролитной плазме с целью получения оксидных слоев (покрытий). Процесс этот берет свое начало от анодирования, однако проводится при большем напряжении, за счет чего происходят микродуговые разряды в точках пробоя барьерного слоя на поверхности. В области пробоя резко повышаются температура и давление, часть металла переходит в раствор, где присутствует в виде ионов.

Другая часть расплавленного металла взаимодействует с компонентами электролита и формирует МДО-покрытие. Благодаря этому покрытие формируется не только на поверхности, но и вовнутрь изделия. Помимо этого, высокие температуры в зоне пробоя приводят к формированию градиентного переходного слоя на границе металл-покрытие. Этот слой обеспечивает прочное сцепление МДО-покрытия с подложкой, что в свою очередь обеспечивает адгезию полимерных покрытий, наносимых на поверхность детали. Технология микродугового оксидирования в части технологических преимуществ позволяет получать покрытие с широким спектром применения и наносить покрытие, как на новые изделия, так и для восстановления покрытий после износа, сокращает время нанесения покрытия, позволяет использовать меньшее количество оборудования, меньшее количество производственных площадей и экономит расход воды. Метод микродугового оксидирования позволяет сформировать покрытия, обладающие разнообразными функциональными свойствами, такие как коррозионностойкие, износостойкие, термостойкие, электроизоляционные, защитные и защитно-декоративные. Такая многофункциональность покрытий позволяет применять их в самых разнообразных отраслях промышленности.

Таким образом, процесс микродугового оксидирования имеет существенные преимущества: отсутствие предварительной обработки, высокая скорость нанесения покрытий, безопасность применяемых слабощелочных растворов электролитов, варьируемая толщина покрытия, возможность нанесения на сложнопрофильные изделия.

КАРБОВИБРОДУГОВОЕ УПРОЧНЕНИЕ

Самый перспективный метод - это карбовибродуговое упрочнение (КВДУ) рабочих органов машин, эксплуатируемых в условиях прямого воздействия абразивных частиц. При его использовании на режущую кромку рабочего органа наносится металлокерамическая паста, которая после высыхания расплавляется электрической дугой с образованием металлокерамического покрытия. Одновременно происходит термодиффузионное насыщение металла рабочего органа легирующими элементами (азотом и алюминием), входящими в состав пасты, а также углеродом. Проведенные исследования упрочненных образцов с использованием паст различного состава позволили установить, что твердость упрочненного основного металла изменяется в интервале 51…56 HRC, а наплавленного покрытия - от 67 до 72 HRC, тогда как твердость закаленной стали 65Г находится в интервале 44…48 HRC. Для оценки эффективности метода КВДУ я взял результаты эксплуатационных испытаний упрочненных деталей из исследования Н.В. Титова [2] Установлено, что упрочненные стрельчатые лапы культиваторов имеют в среднем в 1,5…1,9 раза более высокую износостойкость, чем серийные неупрочненные лапы. При проведении исследований в качестве матричного материала металлокерамических паст для КВДУ использовали порошок ПР-НХ17СР4 на никелевой основе. В качестве керамических компонентов паст использовали оксид алюминия Al2O3, а также карбиды кремния SiC и вольфрама WC. Их содержание в составе исследуемых паст изменялось от 10 до 30%. Для улучшения горения электрической дуги при КВДУ в состав всех паст добавляли 10% криолита Na3AlF6. При проведении испытаний на абразивное изнашивание использовалась специальная оправка, конструкция которой позволяла одновременно испытывать упрочненные КВДУ с использованием паст различного состава и эталонные образцы. По результатам проведенных исследований было установлено, что при увеличении содержания в составе паст керамических компонентов износ композитных покрытий, полученных при КВДУ, существенно снижается. Минимальный износ образцов (0,18 г за 10 ч испытаний) обеспечивают композитные покрытия, полученные с использованием пасты, содержащей 30% карбида вольфрама в качестве керамического компонента. Таким образом, проведенные испытания на изнашивание показали, что наибольшую износостойкость композитных покрытий, получаемых при КВДУ, обеспечивает металлокерамическая паста, содержащая в своем составе 60% матричного порошка ПР-НХ17СР4 на никелевой основе, 30% карбида вольфрама и 10% криолита. Ее использование позволит в среднем в 3,56 раза увеличить относительную износостойкость композитных покрытий в сравнении с образцами из стали 40ГР, принятыми за эталон сравнения. Применение данной пасты обеспечит существенное повышение ресурса упрочненных деталей машин в условиях эксплуатации. Для КВДУ рабочих органов используют установку ВДГУ-2

Вывод: Упрочнение рабочих органов сельхоз машин значительно повышает их эксплуатационные качества, увеличивает ресурс и позволяет сэкономить денежные средства.

Список литературы:

1. Коломейченко А.В. Технологии восстановления и упрочнения деталей сельскохозяйственной техники микродуговым оксидированием: учебное пособие/ А.В. Коломейченко, Н.В. Титов, В.Н. Логачёв, Н.С. Чернышов.-Орёл:Орёл ГАУ , 2013 – 131с.
2. Титов, Н.В. Анализ перспективных способов упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин / Н.В. Титов, А.В. Коломейченко, В.В. Виноградов // Техника и оборудование для села, 2013.-№10. - С. 33-36.
3. Зайцев С.А зависимость износостойкости от микротвердости в газонапыленных покрытиях лап культиваторов//. Энергосберегающие технологии и техника в сфере АПК.материалы к межрегиональной выставке-конференции 17-19 ноября 2010г- Орёл Изд-во Орел ГАУ ,2011- с 178-180.
4. Зайцев С А Круц П.В экспериментальные исследования лап культиватора упрочненных технологией газопламенного напыления//. Энергосберегающие технологии и техника в сфере АПК. материалы к межрегиональной выставке-конференции 17-19 ноября 2010г- Орёл Изд-во Орел ГАУ ,2011- с 174-178
5. Зайцев С А Чугуев Л.И Исследование микротвердости и прочности сцепления рабочих поверхностей лап культиватора упрочненных газопламенным напылением//Особенности технического оснащения современного сельскохозяйственного производства. Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых 24-25апреля 2012-Орел : Изд-во Орел ГАУ ,2012с 117-121
6. Зайцев С А Математическая модель изменения микротвердости рабочих поверхностей лап культиваторов, упрочненных газопламенным напылением//Особенности технического оснащения современного сельскохозяйственного производства. Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых 24-25апреля 2012-Орел : Изд-во Орел ГАУ, 2012, с. 101-109
7. https://elibrary.ru/item.asp?id=49341057