Підвищення довговічності лап культиваторів композиційними покриттями перемінного складу (стр. 3 из 5)

У третьому розділі «Програма і методика досліджень» викладена загальна програма досліджень; розглянуто методики вимірювання зносу лап культиватора, вибору складів порошкової шихти для індукційного наплавлення, вивчення структури та основних властивостей покрить, проведення стендових та експлуатаційних випробувань зміцнених лап.

Комплекс експериментальних досліджень по підвищенню довговічності культиваторних лап виконувався у такій послідовності:

1. Проведення аналізу зміни розмірів та форм лап культиватора в процесі обробітку грунту. Розробка заходів управління формою зношування культиваторних лап, які враховують нерівномірний характер розподілу зносу по всій довжині леза.

2. Проведення лабораторних досліджень раціонального складу, структури та основних властивостей зміцнюючих зносостійких покрить.

3. Вивчення динаміки зносу зміцнених лап культиваторів в умовах стендових випробувань.

4. Розробка технологічного процесу зміцнення лап культиваторів, вивчення їх працездатності і довговічності в експлуатаційних умовах, техніко-економічна оцінка розроблених заходів.

Лінійні зноси лап визначали відносно контуру нової (шаблонної) лапи в 14-ти точках уздовж кожного леза. При цьому в зоні носка лапи виміри проводилися у 5-ти точках. По зношеному лезу викреслювали його контур, а потім проводили замір лінійного зносу від бази на шаблоні. Така методика виміру зносу лап використовувалася як при вивченні зносів серійних лап після рядової експлуатації, так і при вивченні порівняльної зносостійкості експериментальних лап.

Вибір складу порошкової шихти для індукційного наплавлення композиційних покрить проводився в кілька етапів: вибір основи шихти для одержання матриці покриття; вибір керамічного наповнювача; обґрунтування кількісного співвідношення основи шихти і наповнювача. Індукційне наплавлення ґрунтообробних знарядь - це досить освоєний багаторічною практикою процес, і цей досвід свідчить, що найбільш прийнятним порошковим матеріалом для створення зміцнюючих покрить індукційним наплавленням є суміші на основі сормайтів. Вони технологічні, мають високу зносостійкість, їх промисловий випуск освоєно в Україні (м.Торез, Донецька обл.).

У зв’язку з цим в роботі за основу шихти було прийнято порошок ПГ-УС-25. Масовий склад: C=4,4-5,4%; Cr=35-41%; Si=1,6-2,6%; Mn=2,5%; Ni=1,0-1,8%; Fe – решта. Розмір фракцій – 150-200 мкм.

На основі літературних даних і попередніх дослідів як наповнювач були вибрані карбід хрому Cr₃C₂ і плакований карбід хрому марки КХНП-20, у якого частки покриті оболонкою Ni (вміст нікелю у частках складає 20%).

Гранулометричний склад порошків визначали за допомогою лічильника «ТА-П» фірми «Культер» (Франція). Морфологія поверхні порошків вивчалась за допомогою растрового електронного мікроскопа «Сamebax microbeam”.

Вміст Cr₃C₂ чи КХНП-20 в механічній суміші змінювали на рівнях 10, 20, 30 об. %. У якості бази для порівняння брали порошкову суміш ПС 14-60, яка використовується у серійній технології зміцнення лап культиватора. Остання складається зі сплаву типу «сормайт» – 40%, та ферохрому – 60%, який виконує роль наповнювача.

Нанесення покрить на зразки зі сталі 65Г і лапи проводилось на промисловому обладнанні ВАТ «Червона зірка». Наплавлення струмами високої частоти проводили на установці типу ВЧГ- 2=100/0,066 за прийнятим на заводі режимом: струм індуктора - 0,8 А; струм аноду - 7,5-8,0 мА; розжарення - 12 А; потужність - 10 кВт. Товщина наплавленого покриття знаходилася в межах 0,4

мм.

Дослідження макро-, мікроструктури і мікротвердості покрить проводили на зразках, що були вирізані з лап культиваторів. Мікроструктуру досліджували на оптичних мікроскопах «Neophot-21» і МІМ-8 при збільшеннях від х50 до х500, а також на растровому електронному мікроскопі-мікроаналізаторі BS-340 фірми «TESLA», який дозволяє здійснити локальне визначення хімічного складу ділянок покриття. Мікротвердість структурних складових покриття досліджували на мікротвердометрах ПМТ-3 і «Shemadzu» (Японія).

Лабораторні дослідження наплавлених зразків на зносостійкість проводили в абразивному середовищі на машині тертя типу НК (нерухоме кільце). Питомий тиск на поверхню тертя зразка складав 0,02; 0,085 і 0,15 МПа, швидкість ковзання - 0,56 м/с. Зношування визначали ваговим методом на вагах АДВ-200М.

Стендові випробування наплавлених культиваторних лап проводили на круговому стенді, який імітує роботу робочих органів культиваторів у польових умовах. Експлуатаційні випробування експериментальних лап проводилися на культиваторах КПСП-4, які агрегатувались із трактором МТЗ-80.

У четвертому розділі «Дослідження зносостійкості культиваторних лап з композиційними покриттями» представлені результати дослідження структури, твердості та зносостійкості як зразків кераміко-металевих покрить, так і лез культиваторних лап, які зміцнені композиційними покриттями з різним вмістом керамічного наповнювача; розглянуті питання проектування лез культиваторів з покриттями перемінного складу.

Зносні випробування (стендові та експлуатаційні) серійних лап культиваторів Н043.05.102, зміцнених методом індукційного наплавлення порошковою сумішшю ПС-14-60, показали, що серійні лапи не відпрацьовують гарантійний термін.

Вимірювання лінійного зносу лез показало (рис.3), що на крилах стрільчастих лап він збільшується пропорційно напрацюванню при проведенні випробувань. У міру наближення до носка інтенсивність зносу зі збільшенням часу напрацювання суттєво зростає. У початковий період випробувань також має місце прискорений знос носка, що пов’язано з округленням його контуру.

Рис.3. Лінійнізносисерійноїстрільчатоїлапи (В=270 мм) прирізномунапрацюванніупроцесіексплуатаційнихвипробувань: 1-5га; 2-15 га; 3-25 га; 4-35 га

Таким чином, внаслідок різниці в інтенсивності зношування на різних ділянках стрільчастої лапи наплавлений шар на носку стирається значно швидше (в 1,8 - 2,0 рази), ніж на крилах. Зносостійкий шар на носку культиваторної лапи практично зникає після напрацювання 17...19 га. В той же час на крилах культиваторної лапи навіть після напрацювання 35 га частково зберігається наплавлений шар.

При дослідженні мікроструктури покриття, наплавленого за серійною технологією сумішшю ПС-14-60, спостерігається значна кількість пор та мікротріщин у частках наповнювача - ферохрому. Така структура покриття не може забезпечувати високу зносостій-кість лез при динамічній взаємодії з ґрунтом.

Металографічні дослідження будови експериментальних композиційних покрить, які отримано із суміші порошків ПГ-УС-25 і КХНП-20, показали міцний зв’язок наповнювача (карбіду хрому) з металічною матрицею. Наплавлені шари при вмісті в них 30% КХНП-20 мали агрегатну твердість HRC 54-56, на відміну від серійних зразків, у яких твердість складала HRC 44-48.

Результати лабораторних випробувань зносостійкості зразків з різним вмістом наповнювача (КХНП-20) наведені на рис. 4. Найбільш інтенсивно зношуються шари, які утворені при наплавленні сплаву ПГ-УС-25 без наповнювача, а найбільш висока зносостійкість у наплавки ПГ-УС-25+30%КХНП-20. Особливо суттєво ця різниця проявляється при підвищенні питомого тиску до 0,15 МПа. Отримані залежності дозволяють за рахунок підбору відповідних складів досягнути рівномірного зношування лапи по довжині ріжучих лез.

а)б)

Рис.4. Динаміка абразивного зношування при лабораторних дослід-женнях наплавлених зразків. Питомі тиски: а) Р=0,02 МПа; б) Р=0,15 МПа. Наплавлені зразки: 1) ПГ-УС-25; 2) ПГ-УС-25 + 10% КХНП-20; 3) ПГ-УС-25 + 20% КХНП-20; 4) ПГ-УС-25 + 30% КХНП-20.

Як видно з представлених графіків, ваговий знос суттєво залежить від питомого тиску. Прийнявши на носку лапи питомий тиск Р=0,15 МПа, а на кінці крила Р=0,02 МПа, отримані залежності було трансформовано в залежність вагового зносу від питомого тиску, що розподілений лінійно уздовж леза культиваторної лапи (рис.5). Останню залежність можна розглядати як номограму, що дозволяє орієнтовно, з метою досягнення близьких значень зносу, визначити необхідний вміст наповнювача в наплавлювальній шихті на різних ділянках ріжучого леза (A, B, C, D).

Для підтвердження результатів лабораторних досліджень зносостій-кості зразків проводили стендові випробовування натурних лап, зміцнених наплавленням таких сумішей: склад А- ПГ-УС-25+30% КХНП-20; склад Б- ПГ-УС-25+20% КХНП-20; склад В- ПГ-УС-25+10% КХНП-20; склад Г- 100% ПГ-УС-25.

Рис.5. Номограма для визначення перемінного складу зміцнювального композиційного покриття по довжині ріжучого леза стрільчастої лапи культиватора. Склад сумішей для наплавлення: 1) ПГ-УС-25; 2)ПГ-УС-25 + 10% КХНП-20; 3)ПГ-УС-25 + 20% КХНП-20; 4)ПГ-УС-25 + 30% КХНП-20

Значення лінійних зносів леза, які виміряні у напрямку руху культиваторної лапи, наведені в табл.1.

Таблиця 1

Розподіл лінійного зносу (мм) по ширині захвату культиваторних лап (напрацювання 192 годин), які зміцнені наплавленням різних сумішей

Склад шихти	Відстань від осі культиваторної лапи, мм
	0	6	16	27	37	47	57	67	78	88	98	107	118	123
А	20	16	12	9	9	9	8	8	8	8	7	7	7	7
Б	27	22	17	14	13	13	12	12	12	11	11	10	10	10
В	33	29	24	20	18	17	16	16	15	15	15	14	14	14
Г	54	46	39	34	30	28	26	25	24	23	22	22	22	21

Отримані значення лінійного зносу зміцнених лез свідчать про збереження загальних закономірностей стирання культиваторних лап - величина зносу леза зменшується по мірі віддалення від носка до крил. Відсутність у складі порошкової суміші наповнювача (склад Г) веде до різкого зниження зносостійкості наплавлених покрить. В той же час мінімальний знос носка культиваторної лапи, який необхідний для суттєвого підвищення довговічності лап, досягається лише при вмісті у порошковій суміші 30% наповнювача КХНП-20.