Повышение ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин путем нанесения износостойких покрытий дуговой металлизацией тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат наук Кашфуллин, Артур Миннахматович

• Кашфуллин, Артур Миннахматович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Кашфуллин, Артур Миннахматович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА

1.1. Износ рабочих органов почвообрабатывающих машин

1.2. Материалы и методы повышения износостойкости

1.3. Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ

2.1. Формирование свойств покрытий при дуговой металлизации

2.2. Зависимость свойств покрытий от системы легирования материала

2.3. Модель поступления кислорода в распыляемый металл при дуговой металлизации

2.4. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПЫТАНИЙ

3.1. Программа экспериментальных исследований

3.2. Оборудование и материалы для нанесения покрытий

3.3. Оптимизация параметров процесса напыления методом планирования эксперимента

3.4. Методика экспериментальных исследований

3.5. Методика эксплуатационных исследований

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПЫТАНИЙ

4.1. Результаты моделирования окисления частиц при дуговой металлизации

4.2. Результаты оптимизации режимов дуговой металлизации

4.3. Результаты экспериментальных исследований

4.4. Результаты эксплуатационных исследований

4.5. Выводы по главе

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ПРОВОЛОК И НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

5.1. Расчет и технология изготовления порошковой проволоки

5.2. Технология дуговой металлизации износостойких покрытий

5.3. Расчет себестоимости упрочнения рабочего органа

5.4. Оценка экономической эффективности технологии

5.5. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин путем нанесения износостойких покрытий дуговой металлизацией»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В сельскохозяйственном производстве Российской Федерации используют более 115 млн га пашни. Для поддержания работоспособности сельскохозяйственной техники ежегодно выпускается значительное количество запасных частей. Рубцовский завод, например, ежегодно поставляет лемехов более 600 тыс. шт., лап культиваторов - 870 тыс. шт., дисков борон - 14 тыс. шт. Для этих целей на заводе за один год расходуется более 16 тыс. т стали 50 Г [51].

Годовая потребность сельского хозяйства России в рабочих органах к плугам составляет: лемехов - 7 млн шт., полевых досок - 3 млн, отвалов -

2.4 млн шт. [59]. Годовые затраты на поддержание техники в работоспособном состоянии, по данным ГОСНИТИ, по плугам - 1,2 млрд руб.; по культиваторам -

2.5 млрд руб.; по сеялкам - 2,7 млрд руб. [30].

Увеличение массы машин и рабочих скоростей способствовало как уплотнению почвы, так и увеличению нагрузки на рабочие органы почвообрабатывающих машин. Использование энергонасыщенных тракторов во время вспашки и культивации привело к недостаточной износостойкости рабочих органов. В связи с вышеуказанным актуальной задачей является проведение работ по упрочнению рабочих органов почвообрабатывающих машин в минимальные сроки и по приемлемой стоимости. Выполнение этих требований возможно при напылении износостойких покрытий из экономнолегированных порошковых проволок (1111) с помощью производительного оборудования дуговой металлизации (ДМ).

Работа выполнена в соответствии с темой научно-исследовательской работы кафедры технического сервиса и ремонта машин Пермской ГСХА. Государственный регистрационный номер темы научных исследований во ВНТИ Центре 01201151686.

Степень разработанности. Исследованием процессов, закономерностей и явлений при трении и изнашивании занимались отечественные и зарубежные

ученые: И.В. Крагельский; К.Т. Ramesha; В.А. Белый; Г. Фляйшер; М.М. Хрущов; М.А. Бабичев; Д.Б. Берштейн; В.П. Лялякин; А.М. Михальченков; Б.Н. Орлов; В.С. Новиков и др. Путем нанесения износостойких покрытий методами газотермического напыления посвящены труды С.А. Зайцева; А.Ф. Фаюршина; М.Ю. Петрова их работы в значительной мере способствовали внедрению технологии газотермического напыления для упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин. Однако в их исследованиях не достаточно раскрыто влияние состава напыляемых материалов и режимов их нанесения на протекающее при напылении окисление покрытий, определяющее их физико-механические и эксплуатационные свойства, в частности стойкость к ударно -абразивному износу, характерного для условий работы рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Цель работы. Повышение ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин на основе совершенствования технологии дуговой металлизации износостойких покрытий из экономно легированных порошковых проволок.

Задачи исследований:

1. Определить оптимальный состав порошковой проволоки и режимы дуговой металлизации износостойких покрытий.

2. Исследовать зависимость физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий от состава порошковой проволоки и режимов дуговой металлизации.

3. Разработать технологический процесс упрочнения рыхлящих лап культиватора стерневого тяжелого и определить его экономическую эффективность.

Объект исследований. Металлизационные покрытия на рабочих поверхностях лап культиватора стерневого тяжелого.

Предмет исследований. Закономерности физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий от состава порошковой проволоки и режимов дуговой металлизации.

Методология и методы исследований. В теоретических исследованиях использованы методы математического моделирования и планирования эксперимента в среде программирования Pascal и программном пакете STATISTICA. Экспериментальные исследования выполнены по стандартным методикам, на верифицированном оборудовании и включали в себя: элементный анализ, сканирующую электронную микроскопию, рентгеноструктурный фазовый анализ, испытания по определению адгезионной прочности, пористости, микротвердости и износостойкости покрытий. Для подтверждения результатов исследования проведены эксплуатационные исследования рыхлящих лап культиватора стерневого тяжелого, упрочненных по разработанной технологии.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту.

1. Определены оптимальный состав порошковой проволоки по критериям степени окисления распыляемого материала и параметры режима дуговой металлизации по критерию адгезионной прочности напыленных покрытий.

2. Установлена степень окисления металлизационных покрытий из порошковой проволоки и определены физико-механические и эксплуатационные показатели.

Теоретическая и практическая значимость работы. Установлена зависимость физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий от состава порошковых проволок и режимов дуговой металлизации. Предложен состав порошковой проволоки для нанесения покрытий дуговой металлизацией стойких к абразивному износу. Разработан технологический процесс нанесения износостойких покрытий на рабочие поверхности рыхлящих лап культиватора стерневого тяжелого. Полученные результаты внедрены на предприятия: ООО «Навигатор-НМ», г. Пермь; СПК (колхоз) имени Калинина, Дебесского района, Удмуртской Республики; ООО Агрофирма «Труд», Пермский край, с. Троельга, а также используются в учебном процессе Пермской ГСХА.

Степень достоверности результатов. Экспериментальные данные по структуре и свойствам покрытий получены на поверенном оборудовании в

сертифицированных лабораториях с использованием современных методов обработки информации и статического анализа.

Вклад автора в проведенное исследование. Определены состав порошковой проволоки и режимы дуговой металлизации износостойких покрытий. Исследована зависимость физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий от системы легирования порошковых проволок и режимов дуговой металлизации. Разработан технологический процесс упрочнения рыхлящих лап культиватора стерневого тяжелого.

Апробация результатов исследований. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на международных научно-практических конференциях: НПФ «Плазмацентр» (С.-Петербург, 2011); «Инновационные проекты в области агроинженерии», МГАУ (Москва, 2011); «Инженерная мысль машиностроения будущего» УрФУ (Екатеринбург, 2013); «Сварка. Контроль и диагностика», МВЦ «Екатеринбург-ЭКСПО» (Екатеринбург, 2013); «Знания молодых: наука, практика и инновации», Вятская ГСХА (Киров, 2014); «Аграрная наука в инновационном развитии АПК», Башкирский ГАУ (Уфа, 2015-2016). На всероссийских научно-практических конференциях: ЬХХП - ЬХХУП, «Молодежная наука 2012-2017: технологии, инновации», Пермская ГСХА (Пермь, 2012-2017); «Участие молодых ученых в решении актуальных вопросов АПК России», Пензенская ГСХА (Пенза, 2016). По теме диссертации выполнены НИОКР в рамках конкурсов «У.М.Н.И.К.» (госконтракт № 422 ГУ1/2013 от 13.11.2013 г.; госконтракт № 5634 ГУ2/2014 от 13.05.2015 г.) Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент РФ на изобретение. Общий объем публикаций составляет 3,89 п.л., из них автору принадлежит 1,32 п.л.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Материал изложен на 131 страницах,

содержит 25 таблиц, 28 иллюстраций, 11 приложений. Список литературы состоит из 94 наименований, из них 4 на иностранных языках.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Оптимизированный состав порошковой проволоки и параметры режима дуговой металлизации износостойких покрытий.

2. Результаты исследования зависимости физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий из порошковых проволок от их состава.

3. Технология упрочнения рыхлящих лап культиватора стерневого тяжелого, и результаты эксплуатационных исследований.

Работа выполнена при участии сотрудников кафедры «Технологии сварочного производства» ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента Б.Н. Ельцина». Автор выражает искреннюю признательность за ценный вклад в процесс выполнения работы Ю.С. Коробову, С.В. Невежину, В.С. Верхорубову.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА 1.1. Износ рабочих органов почвообрабатывающих машин

При отвальной обработке почвы (вспашка, культивация) энергоемкость процесса резко возрастает из-за затупления рабочих органов вследствие абразивного износа [88].

Для многих видов контактного взаимодействия при внешнем трении абразивное изнашивание является основным. Абразивное изнашивание присутствует при работе сопряжений рабочих органов не только сельскохозяйственных, но и других машин. Абразивный износ является главным фактором, ограничивающим технические характеристики и ресурс машин, механизмов и оборудования [60].

На долю этого вида износа приходится от 50 до 80 % случаев отказов рабочих органов машин, в частности строительных, дорожных, транспортирующих, сельскохозяйственных, машин для животноводства и кормопроизводства [52].

При изготовлении рабочих органов почвообрабатывающих машин (лемехов плугов, культиваторных лап, дисков борон) должны предъявляться повышенные требования к материалу, методам повышения износостойкости, технологии изготовления [63].

По данным работ [56], наиболее износостойкими являются рабочие органы зарубежного производства, имеющие твердость в пределах НК£э 50-60. Отечественные производители пока не могут обеспечить такую твердость. Необходимо обратить внимание на упрочняющие технологии при восстановлении изношенных рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Исследованием процессов, закономерностей и явлений при трении и изнашивании занимались отечественные и зарубежные ученые И.В. Крагельский, К.Т. Ramesha, В.А. Белый, Г. Фляйшер, М.М. Хрущов и др.

В работах ряда авторов [47,79,64], изучающих абразивное изнашивание, отмечается, что главной причиной абразивного износа, а для рабочих органов сельскохозяйственных машин он является основным, является многократное пластическое деформирование одних и тех же микрообъемов металла, которое вызывает отделение частиц с поверхности. Под термином «абразивный износ» И.В. Крагельский [47] понимает разрушение поверхности трения под воздействием твердых частиц, царапающих или режущих металл. В работе М.М. Тененбаума [79] процесс абразивного изнашивания разделен на четыре основных вида:

- разрушение материала резанием;

- разрушение материала путем отрыва (хрупкое разрушение);

- разрушение материала при многократном деформировании микрообъемов поверхностного слоя (усталостное разрушение);

- полидеформационный процесс разрушения материалов (совместное проявление трех вышеизложенных разрушений, включая разрушение в результате перенаклепывания).

На абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих машин оказывают влияние влажность, механическая структура почвы, скорость относительного перемещения и др. [64, 61].

Ввиду сложности процессов, протекающих в поверхностном слое металла при изнашивании, различия условий и режимов работы пар трения на рисунке 1.1 приведены ориентировочно классификационные признаки всего многообразия процессов изнашивания.

Силовые поля, действующие на детали машин, не только снижают их механические и эксплуатационные свойства, но и изменяют геометрические параметры из-за износа [25].

Для выбора технологического процесса восстановления и упрочнения изношенных поверхностей рабочих органов необходимо знать не только количественные характеристики износа, но и их природу и классификацию видов изнашивания.

Рисунок 1.1 - Классификация процессов изнашивания

В работах [48, 92, 10, 83, 85] установлено, что материал пар трения в пределах активного слоя подвергается пластическому деформированию. Активным считают поверхностный слой материала, по которому происходит непосредственный контакт. Ряд авторов [37, 33, 34] указывают, что в этом слое происходят следующие физико-механические явления:

- упругие деформации, связанные с дефектами кристаллического строения металла и вызывающие выкрашивание;

- пластическая деформация вызывает смещение кристаллических зерен, при этом возрастающие напряжения при многократном повторении приводят к разрушению поверхностного слоя;

- пластическая деформация приводит к упрочнению поверхностного слоя (при температуре ниже температуры рекристаллизации).

В настоящее время для описания процесса абразивного изнашивания существует две модели [67, 44, 23], отличающиеся одна от другой характером взаимодействия абразивных частиц с поверхностью металла:

- механохимическое разрушение поверхностного слоя (пластическое деформирование микрообъемов, их окисление с дальнейшим разрушением окислых пленок);

- механическое разрушение поверхностного слоя (внедрение абразивных частиц и последующее разрушение без снятия микростружки).

Механохимическая модель абразивного изнашивания [23] имеет следующие

фазы:

- механический контакт;

- упруго-пластическую деформацию;

- активацию (образование тонкого слоя деформированного металла);

- мгновенную пассивацию (взаимодействия активированного металла с химически активными компонентами почвы, образование вторичных структур);

- разрушение вторичных структур последующим механическим воздействием.

Толщина вторичных структур может составлять для различных типов почв, влажности и кислотности рН 0,01-0,05 мкм [45].

Механическая модель процесса абразивного износа включает:

- механический контакт;

- упруго-пластическую деформацию;

- внедрение абразивных частиц и разрушения поверхностных объемов без отделения частиц основного металла или снятия микростружки.

Основное влияние на абразивный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин оказывает содержание абразива (кварцевого песка) в почве. Если величину абразивного износа на глинистых почвах принять за 1,0, то на песчаных она составит 1,5; на суглинках - 1,9; на супеси - 2,3 [17].

Абразив (кварцевый песок) царапает или снимает микростружку с поверхности рабочих органов почвообрабатывающих машин, но на скорость износа оказывает влияние и присутствующая в почве влага, которая имеет определенную кислотность pH [84].

С увеличением влажности почвы и фракций абразива (0,25-1,00 мм) величина износа увеличивается на 25-50 % [73].

Установлено, что с увеличением влажности суглинистых и глинистых почв различных генетических типов (от воздушно-сухого состояния до 60-80 % относительной влажности) значение коэффициента трения грунта по шлифованной стали растет, а по достижении максимального значения -

уменьшается [8] (рисунок 1.2, кривые 3 и 4). При этом чем тяжелее механический состав почвы, т.е. чем больше в нем содержание глинистых частей, тем больше значение коэффициента трения почвы во влажном состоянии по стали.

/

0,75

0,5

0.25

—^ 3_

0

10

20

;о

Ж.

0/„

Рисунок 1.2 - Изменение коэффициента трения и почвы по стали

в зависимости от влажности [9]: 1 - песчаный грунт; 2 - супесчаные почвы; 3 - средний суглинок; 4 - тяжелые суглинки и глины

Увеличение значения коэффициента трения на глинистых и суглинистых почвах с увеличением влажности объясняется ростом сил межмолекулярного взаимодействия частиц почвы со стальной поверхностью, а снижение после перехода максимума - появлением на поверхности контакта свободной воды, которая исполняет роль «смазки» [4].

Границы изменения коэффициента трения песчаных грунтов по стали, обусловленные увеличением влажности почвы, исследованы еще недостаточно, поэтому кривые 1 и 2, изображенные на рисунке 1.2, являются, в известной мере, гипотетическими.

При увеличении влажности рыхлых (лишенных связанности) песчаных почв от гигроскопической до максимальной капиллярности коэффициент трения достигает максимального значения. При дальнейшем увеличении влажности коэффициент трения снижается. Это объясняется следующим образом: при

небольшой влажности почвы скольжение стали по поверхности рыхлого песка сопровождается перекатом слоя песчинок, что снижает коэффициент трения. Повышение влажности песка увеличивает межмолекулярные связи, уменьшается подвижность слоя песчинок, происходит прилипание почвы к поверхности, что приводит к увеличению коэффициента трения. Дальнейшее увлажнение песчаного грунта сопровождается появлением свободной воды, которая смазывает поверхность трения, коэффициент трения при этом снижается [3].

Максимальное значение коэффициента трения скольжения стали по песчаному грунту, находящемуся в связанном состоянии, наблюдается при небольшой влажности (рисунок 1.2, кривая 2). Песчинки грунта, взаимодействуя со сталью, вызывают ее интенсивный абразивный износ (царапая ее подобно наждачной бумаге). Увеличение влажности почвы приводит к ее размягчению, снижается прочность закрепления в почве песчинок, что уменьшает коэффициент трения.

В работах, где изучаются явления трения и изнашивания, отсутствует общее мнение о влиянии скорости перемещения почвы по стали на коэффициент трения скольжения. Ряд авторов [70, 5] полагают, что рост скорости скольжения приводит к увеличению коэффициента трения, другие [24] утверждают обратное. При скоростях скольжения почвы по стали в пределах 0,5-4,0 м/с коэффициент трения скольжения изменяется незначительно и не влияет на износ [7].

В работе [89] по изучению влияния удельного давления р почвы на поверхность стали утверждается, что рост р снижает коэффициент трения, т.к. в результате уплотнения почвы на поверхности стали появляются частицы воды, играющей роль смазки. Г.П. Синеоков полагает, что это влияние возможно лишь при максимальной влажности почвы [75].

Работоспособность лемешных плугов во многом зависит от состояния лемеха. Лемех, подрезая пласт почвы, испытывает наибольшее давление в носовой части и меньшее на кромке лезвия. Так, при глубине вспашки И = 22 см и скорости V = 1,4 м/с. Давление на носке лемеха достигает 1,6-1,8 МПа [73].

Аналогичная ситуация складывается и для лап культиватора. Все это приводит к неравномерному абразивному износу носка и режущей части примерно в два раза.

При вспашке уплотненных участков почвы, а также почв, засоренных камнями, давление при наезде лемеха плуга на камень увеличивается «скачкообразно». При наезде на камень чрезмерно возрастает напряжение контакта лезвия с камнем, вызывающее выкрашивание и пластическую деформацию лезвия в результате как механических перегрузок, так и мгновенного увеличения температуры при наезде лемеха на камень. По данным [66], по сравнению с нормальными условиями давление за время контакта увеличивается в десять раз и более (0,04-0,10 с).

Другим отрицательным результатом каменистых включений является затупление и износ лезвий. Затупление лезвий рабочих органов почвообрабатывающих машин ухудшает подрезание сорняков и увеличивает тяговое сопротивление машин, нарушает устойчивость их хода по глубине [18].

Ресурсные испытания лемехов при вспашке почв, содержащих абразив в виде кварцевого песка, показали, что до 50 % их выбраковывают из-за изгиба и поломки носка, при этом износ лезвия не достигает предельного состояния. На черноземах более интенсивно изнашивается лезвие лемеха. После наработки 3-4 га он приобретает закругленную форму и требуется восстановление лезвия оттяжкой [72].

На песчаных почвах рабочие органы почвообрабатывающих машин, восстановленные традиционными методами наплавки, работают неудовлетворительно. Ресурс восстановленного лемеха составляет, как и для нового, 5-6 га [12]. Необходимы анализ причин низкого ресурса и совершенствование технологии упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин.

При обработке междурядий и при предпосевной обработке почвы в основном используются культиваторы, их основной рабочий орган -культиваторные лапы. Ввиду небольшого ресурса их расход в стране значительный. Изготавливаются они из сталей 65Г, 43Л и Л53, которые в

закаленном состоянии имеют твердость НКСэ 37-43, удовлетворительные показатели относительного удлинения - 5 = 6,5-7,2 %, но низкий предел прочности 5В = 880-1080 МПа.

Практика эксплуатации показала, что ресурс их на различных почвах не превышает 14-19 га [13], хотя по техническим требованиям он должен быть не менее 25 га. Характерный профиль износа рабочих органов почвообрабатывающих машин показан на рисунке 1.3 [29].

Из абразивных частиц, присутствующих в почвах и действующих на рабочие органы почвообрабатывающих машин, преобладает кварц (HV 10,512,5 ГПа) и полевой шпат (НУ 6,5-7,2 ГПа) [76]. Эти два минерала, являясь основой песчаных и супесчаных почв, объясняют быстрый износ рабочих органов.

Ряд авторов [1, 86, 80, 32, 36, 65] утверждают, что абразивный износ превалирует над остальными видами износа, в случае если твердость абразива превышает твердость материала рабочего органа почвообрабатывающих машин.

Рисунок 1.3 - Профиль износа рабочих органов почвообрабатывающих машин: а - лемех плуга; б - лапа культиватора с захватом 270 мм; в - лапа культиватора с захватом 150 мм

В нашем случае при использовании рабочих органов культиватора стерневого тяжелого производства фирмы Bellota (приложение Е) твердость материала в состоянии поставки составляет 4,8-5,0 ГПа. Твердость частиц кварцевого песка HV 10,5-12,5 ГПа. Соотношение твердостей лежит в пределах 2,1-2,5. При таком соотношении будет происходить интенсивный износ материала.

Таким образом, при эксплуатации рабочих органов почвообрабатывающих машин наблюдается в ряде случаев ударно-абразивный характер износа, вызванный контактом с частицами почвы и камнями. Сопутствующие факторы влияющие на износ: механический состав почвы; влажность; твердость; структура материала; давление и скорость относительного перемещения почвы по поверхности рабочих органов почвообрабатывающих машин.

1.2. Материалы и методы повышения износостойкости

В сельхозмашиностроении повышение износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин проводилась в основном в следующих направлениях:

- использование износостойкого материала и многослойного проката;

- разработка составных рабочих органов;

- термические и термохимические обработки;

- наплавка и напыление износостойких материалов.

При выборе метода упрочнения в зависимости от типа почв следует учитывать не только технологические и экономические показатели, но и необходимость реализации эффекта самозатачивания рабочих органов.

Сущность эффекта самозатачивания заключается в выборочном износе неоднородного по сечению лезвия, при котором сохраняются необходимая форма и режущие свойства рабочего органа [81].

С целью повышения срока службы и обеспечения эффекта самозатачивания производятся биметаллические лемехи трапециевидной формы с двухслойной катаной лезвийной частью из стали Х6Ф1 (нижний слой) и Л-53 (верхний слой) [11]. Они имеют повышенный срок службы, но их восстановление связано с технологическими трудностями - необходимо изготовление специализированной оснастки для обработки металлов давлением.

Термическая обработка является одной из самых распространенных технологических операций для упрочнения. Твердость металла достигает НКСэ 40-46 для стали 45, НКСэ 55-61 - для стали 65Г и легированных сталей. Износостойкость таких рабочих органов меньше по сравнению с деталями, изготовленными из специальных материалов. При применении таких рабочих органов на суглинистых почвах не наблюдается самозатачивания [22].

Износ культиваторных лап с индукционным закаливанием (ширина слоя закалки - 8-10 мм, НКСэ 48-52) за сезон составит 30 мм, при этом не обеспечивается качество обработки [35].

Применение для упрочнения рабочих органов лазерной термообработки в 1,5 раза снижает износ по сравнению с объемным закаливанием. Лазерная наплавка сплавом ПС-14-60 + 6 % В4С снижает износ в 1,7-1,8 раза по сравнению с индукционным закаливанием [15].

Лазерные технологии обеспечивают локальный нагрев с отсутствием минимальных деформаций и охлаждения по механизму теплопроводности в глубину поверхности материала, как правило, без использования охлаждающей среды. Получить поверхностный слой с высокими износостойкими свойствами, можно используя высокую скорость нагрева и охлаждения 104-106 °С/с. Так, например, разработана технология лазерного упрочнения и наплавки дисков борон диаметром 510 мм из стали 65Г. Ширина упрочненной зоны составляет 15-16 мм, наплавленной зоны - 16-18 мм. Экспериментальные диски борон по сравнению с серийными деталями имели меньший износ по массе на 31 % [14]. Однако из-за сложности технологии и отсутствия оборудования, его

несовершенства и высокой себестоимости эти процессы пока не нашли промышленного применения.

Наплавка позволяет повысить износостойкость деталей машин. Наплавочные материалы - самозащитные порошковые проволоки типа ПП-АН170 (ПП-АН170М), обеспечивают образование наплавленного слоя твердостью НЯСэ 60-65. Регулировка геометрии наплавленного слоя (высота, глубина, шаг наплавки), а также соотношение твердости наплавленных участков и основного металла в пределах 1,5:1,0; 1,0:1,0 определяют оптимальную износостойкость и самозатачивание [31]. Лезвия рабочих органов с изменяемой геометрией наплавки в процессе обработки почвы из-за разности в износостойкости основного и наплавленного слоев самозатачиваются и образуют волнисто-ступенчатую форму лезвия, снижая при этом тяговое сопротивление пахотного агрегата [68].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кашфуллин, Артур Миннахматович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абразивное изнашивание / В.В. Виноградов и др. М.: Машиностроение, 1990. 224 с.

2. Адлер, Ю.П. Введение в планирование эксперимента / Ю.П. Адлер. М.: Металлургия, 1969. 157 с.

3. Анискович, Г.И. Восстановление и упрочнение деталей почвообрабатывающих машин механизированным диффузионным намораживанием износостойкими сплавами: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03 / Г.И. Анискович. М.: МГАУ-БГАТУ, 2000. 19 с.

4. Аронов, А.Л. Повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин / А.Л. Аронов // Ремонт и обслуживание машинотракторного парка: Обзорная информация. М.: ВО Сельхозтехника, 1970. 60 с.

5. Багиров, И.З. Взаимодействие почвы с двугранным клином на повышенных скоростях / И.З. Багиров // Труды научной конференции ЦНИИМЭСХ. Минск: Госиздат БССР, 1963. С. 27-31.

6. Балдаев, Л.Х. Газотермическое напыление. М.: Маркет ДС, 2007.

344 с.

7. Батурин, A.A. Влияние механического состава почв на износ лемехов / А.А. Батурин // Почвоведение. 1938. № 1. С. 66-67.

8. Бахтин, П.У. Исследования физико-механических и технологических свойств основных типов почв СССР / П.У. Бахтин. М.: Колос, 1969. 268 с.

9. Бахтин, П.У. Коэффициент трения стали о почву // Сельхозмашины. 1953. № 1. С. 16-21.

10. Белый, В.В. Трибология в СССР и США. Исследования и приложения / В.В. Белый. М.: Машиностроение, 1991. 225 с.

11. Бернштейн, Д.Б. Износостойкость лемехов зонально упрочненными твердыми сплавами / Д.Б. Бернштейн, И.В. Лискин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1988. № 9. С. 24-26.

12. Бернштейн, Д.Б. Лемехи плугов. Анализ конструкций, условий изнашивания и применения материалов / Д.Б. Бернштейн, И.В. Лискин // Сельскохозяйственные машины и орудия. 1992. Серия 2. Вып. 3. С. 35.

13. Бернштейн, Д.Б. Повышение срока службы плужных лемехов / Д.Б. Бернштейн // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1998. № 7. С. 30-33.

14. Бирюков, В.П. Восстановление и упрочнение поверхностей лазерным излучением / В.П. Бирюков // Фотоника. 2009. № 3. С. 14-16.

15. Бобрицкий, В.М. Повышение износостойкости режущих элементов рабочих органов почвообрабатывающих машин: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2007. 20 с.

16. Бобров, Г.В. Нанесение неорганических покрытий / Г.В. Бобров, А.А. Ильин. М.: ИнтерметИнжиниринг, 2004. 624 с.

17. Боголюбов, Б.Н. Долговечность землеройных и дорожных машин / Б.Н. Боголюбов. М.: Машиностроение, 1964. 224 с.

18. Бондарев, С.Г. Исследование работоспособности лемехов на каменистых почвах и разработка методов повышения их долговечности: автореф. дис. ... канд. техн. наук / С.Г. Бондарев. Челябинск, 1971. 210 с.

19. Бондарь, А.Г. Планирование эксперимента в химической технологии / А.Г. Бондарь, Г.А. Статюха. Киев: Вища школа, 1976. 184 с.

20. Бороненков, В.Н. Кинетика восстановления металлов из оксидных расплавов. дис. ... д-ра техн. наук / Урал. политехн. ин-т им. С.М. Кирова. Свердловск, 1974. 372 с.

21. Будко, С.И. Методы повышения эффективности упрочнения деталей лемешно-отвальных плужно-дуговой наплавкой твердыми сплавами: автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2009. 20 с.

22. Василенко, Н.А. Перспективы применения локального упрочнения при изготовлении и восстановлении рабочих органов // Техника АПК. 2008. Вып. 1. С. 29-31.

23. Васильев, С.П. Об изнашивающей способности почв / С.П. Васильев, Л.С. Ермолов // Повышение долговечности рабочих деталей почвообрабатывающих машин / под ред. М.М. Хрущева. М.: Машгиз, 1960. 141 с.

24. Виноградов, В.И. Исследование работы зубчатых лемехов / В.И. Виноградов // Повышение долговечности рабочих деталей почвообрабатывающих машин. М., 1960. С. 62-79.

25. Винокуров, В.Н. Влияние износа плужных лемехов на тяговое сопротивление / В.Н. Винокуров. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1978. № 5. С. 18-21.

26. Владимиров, Л.П. Термодинамические расчеты равновесия металлургических реакций / Л.П. Владимиров. М.: Металлургия, 1970. 528 с.

27. Газотермические покрытия из порошковых материалов: справочник / Ю.С. Борисова, Ю.А. Харламов, С.Л. Сидоренко, Е.Н. Аруатовская. Киев: Наукова думка, 1987. 544 с.

28. Глебова, М.А. Контроль прочности сцепления газотермических покрытий / М.А. Глебова, А.Б. Корнев, В.В. Глебов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. № 2. С. 45-49.

29. Денисенко, М. Износ и повышение долговечности рабочих органов сельскохозяйственных машин / М. Денисенко, А. Опальчук // Вестник ТНТУ. 2011. Спецвыпуск. Ч. 2. С. 201-210.

30. Денисов, А.П. Зависимость затрат средств на ремонт техники от состояния ремонтно-обслуживающей базы сельхозпредприятия / А.П. Денисов, З.Н. Волкова // Машинно-технологическая станция. 2011. № 4. С. 15-17.

31. Джураев, А.Ж. Совершенствование формы лезвий для глубокой обработки почвы / А.Ж. Джураев, К.К. Нуриев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. № 8. С. 38-39.

32. Добровольский, А.Г. Абразивная износостойкость материалов: справочное пособие / А.Г. Добровольский, П.И. Кошеленко. Киев: Техника, 1989. 128 с.

33. Довлатян, В.А. Исследование износа плоскорежущих лап хлопкового культиватора в зависимости от скорости движения: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В.А. Довлатян. Ташкент, 1966. 19 с.

34. Дроздов, Ю.Н. Трение и износ в экстремальных условиях / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков. М.: Машиностроение, 1986. 182 с.

35. Дьяконова, З.В. О методе испытания износостойкости металла в различных почвенных условиях / З.В. Дьяконова // Научные записи Воронежского лесотехнического института, 1959.

36. Евграфов, В.А. Влияние твердости поверхностного слоя на абразивный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин /

B.А. Евграфов, Б.Н. Орлов // Ремонт, восстановление, модернизация. 2004. № 3.

C. 21.

37. Золотаревский, B.C. Механические свойства металлов / B.C. Золотаревский. М.: Металлургия, 1983. 352 с.

38. Исследование зависимости температуры напыляемых частиц и свойств покрытий от режимов электродуговой металлизации / В.А. Вахалин и др. // Физика и химия обработки материалов. 1979. № 6. С. 52-59.

39. Исследование эффективного КПД нагрева электродов и коэффициента использования материала при дуговой металлизации / В.А. Вахалин и др. // Физика и химия обработки материалов. 1981. № 5. С. 65-69.

40. Коробов, Ю.С. Кинетика взаимодействия напыляемого материала с кислородом при электродуговой металлизации / Ю.С. Коробов, В.Н. Бороненков // Сварочное производство. 2003. № 7. С. 30-36.

41. Коробов, Ю.С. Структура и свойства стальных покрытий, нанесенных методом активированной дуговой металлизации / Ю.С. Коробов, А.М. Полякова, И.Л. Яковлева // Сварочное производство. 1997. № 1. С. 4-6.

42. Коробов, Ю.С. Эффективность применения активированной дуговой металлизации для нанесения защитных покрытий // Сварочное производство. 2005. № 2. С. 47-50.

43. Коробов, Ю.С., Бороненков В.Н. Основы дуговой металлизации. Физико-химические закономерности. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2012. 268 с.

44. Костецкий, Б.И. Механохимические процессы при граничном трении / Б.И. Костецкий, М.Э. Натансон, Л.И. Бершадский. М.: Наука, 1972. 170 с.

45. Костецкий, Б.И. О роли кислорода при трении скольжения / Б.И. Костецкий, И.Г. Носовский, Л.В. Никитин // Машиноведение. 1965. № 6. С. 115-118.

46. Кочева, Г.Н. Исследование технологии изготовления и расчета порошковой проволоки: дис. ... канд. техн. наук / Урал. политехн. ин-т им. С.М. Кирова. Свердловск, 1970, 122 с.

47. Крагельский, И.В. Некоторые понятия и определения, относящиеся к трению и изнашиванию / И.В. Крагельский. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 12 с.

48. Крагельский, И.В. Трение, изнашивание и смазка / И.В. Крагельский,

B.В. Алисин. М.: Машиностроение, 1978. 400 с.

49. Красильников, Л.А. Волочильщик проволоки / Л.А. Красильников,

C.А. Красильников. М.: Металлургия, 1977, 240 с.

50. Кулик, А.Я. Газотермическое напыление композиционных порошков / А.Я. Кулик др. - Л.: Машиностроение, 1985. - 199 с.

51. Лялякин, В.П. Состояние и перспектива упрочнения и восстановления деталей почвообрабатывающих машин сварочно-наплавочными методами / В.П. Лялякин // Труды ГОСНИТИ. М., 2014. Т. 115. С. 96-104.

52. Маяускас, И.С. Влияние давления почвы на износ рабочих деталей почвообрабатывающих машин / И.С. Маяускас // Вестник машиностроения. 1958. № 10.

53. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники / Ю.А. Шпилько и др. М.: Аграрная наука, 1998.

54. Методы исследования материалов / Л.И. Тушинский и др. М.: Мир, 2004. 384 с.

55. Методы исследования материалов. Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий: учебное пособие / Л.И. Тушинский и др. М.: Мир, 2004. 384 с.

56. Михальченков, А.М. Об одной причине низкого ресурса деталей рабочих органов отечественных почвообрабатывающих орудий // Труды ГОСНИТИ. 2014. Т. 117. С. 127-132.

57. Моделирование структуры, свойств и процессов межфазного взаимодействия в системе металл - оксидный расплав - газ / В.Н. Бороненков и др. Екатеринбург: УрО РАН, 2010, 450 с.

58. Модель нагрева порошковой проволоки при дуговой металлизации и анализ структуры покрытия / Ю.С. Коробов, А.А. Белозерцев, М.А. Филиппов, В.И. Шумяков // Сварочное производство. 2008. № 12. С. 15-20.

59. Мониторинг состояния предприятий инженерно-технологической инфраструктуры АПК по техническому обслуживанию и ремонту отечественной и импортной сельхозтехники: научное издание. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. 100 с.

60. Морозов, А.Х. К вопросу предельного износа лемехов / А.Х. Морозов // Сборник Волгоградского СХИ. 1962. Т. 14. C. 23-25.

61. Мударисов С.Г. Моделирование процесса износа корпуса плуга // Достижения науки и техники АПК. 2006. № 5. С.42-43.

62. Никитин, М.Д. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизеля / М.Д. Никитин. - Л.: Машиностроение, 1977. - 168 с.

63. Огрызков, Е.П. Срок службы лемехов / Е.П. Огрызков, Г.И. Лежнев // Земля Сибирская дальневосточная. 1972. № 5. С. 21-22.

64. Огрызков, Е.П. Эффективность использования лемехов / Е.П. Огрызков, Г.И. Лежнев // Тракторы и сельхозмашины. 1972. № 2. С. 18-20.

65. Орлов, Б.Н. Оценка интенсивности изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин / Б.Н. Орлов, В.А. Евграфов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. № 2. С. 20-21.

66. Основы теории и расчета сельскохозяйственных машин на прочность и надежность / под ред. П.М. Волкова и М.М. Тененбаума. М.: Машиностроение, 1977. 320 с.

67. Поверхностная прочность материалов при трении / Б.И. Костецкий и др.; под общ. ред. Б.И. Костецкого. Киев: Техника, 1976. 296 с.

68. Поверхностная прочность материалов при трении / Б.И. Костецкий, И.Г. Носовский и др.; под общ. ред. Б.И. Костецкого. Киев: Техника, 1976. 296 с.

69. Попель, С.И. Теория металлургических процессов / С.И. Попель, А.И. Сотников, В.Н. Бороненков. М.: Металлургия, 1986. 426 с.

70. Пригожая, М.Г. Определение коэффициента трения стали о почву / М.Г. Пригожая // Доклады ТСХА. М.: Геодезия, 1959. С. 143-149.

71. Прочность сцепления плазменных покрытий с основой / Б.А. Ляляшенко и др. // Порошковая металлургия. 1969. № 4 (76). С. 96-100.

72. Рабинович, А.Ш. Самозатачивающиеся плужные лемеха и другие почворежущие детали машин / А.Ш. Рабинович. М.: БТИ ГОСНИТИ, 1962. 308 с.

73. Рекомендации по восстановлению лемехов плугов / ВНИИВИД ВНИО «Ремдеталь». М.: ГОСНИТИ, 1986. 26 с.

74. Рябцев, И.А. Классификация и характеристика способов наплавки // Сварщик. 1998. № 3. С. 23-25.

75. Синеоков, Г.П. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г.П. Синеоков, И.М. Панов. М.: Машиностроение, 1977. 328 с.

76. Синеоков, Г.П. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г.П. Сениоков, И.М. Панов. М.: Машиностроение, 1977. 328 с.

77. Структура и свойства электродуговых покрытий на основе ферробора, полученных из порошковых проволок / А.Л. Борисова, И.В. Миц, Т.В. Кайда, И.Я. Дзыкович, В.Н. Коржик // Автоматическая сварка. 1991. № 9. С. 66-68.

78. Табатчиков, А.С. Расчет на ЭВМ состава защитно-легирующих покрытий электродов и шихты порошковой проволоки: методические указания к практическим занятиям по расчету сварочных материалов / А.С. Табатчиков, Б.А. Кулишенко // МИПК при УПИ им. С.М. Кирова. Свердловск, 1990, 31 с.

79. Тененбаум, М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании / М.М. Тененбаум. М.: Машиностроение, 1966. 331 с.

80. Тененбаум, М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Машиностроение, 1976. 271 с.

81. Фаюршин А.Ф. Повышение долговечности лезвийных рабочих органов // Ремонт, восстановление, модернизация. 2007.- №8.-С. 17-19.

82. Фаюршин, А.Ф. Повышение долговечности лап культиваторов в сельскохозяйственных ремонтных предприятиях: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2006. 16 с.

83. Фляйшер, Г. К вопросу о количественном определении трения износа / Г. Фляйшер. М.: Наука, 1982. 296 с.

84. Хрущев, М.М. Классификация условий и видов изнашивания деталей машин // Трение и износ в машинах / М.М. Хрущев. М.: Изд-во АН СССР, 1953. С. 84-89.

85. Хрущов, М.М. Абразивное изнашивание / М.М. Хрущов, М.А. Бабичев. М.: Наука, 1986. 252 с.

86. Хрущов, М.М. Закономерности абразивного изнашивания // Износостойкость. М.: Наука, 1975. С. 5-28.

87. Шепелев, Ю.С. Наплавка рабочих органов почвообрабатывающих машин / Ю.С. Шепелев, А.И. Любич // Техника в сельском хозяйстве. 1984. № 2. С. 52-53.

88. Шитов, А.Н. Повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин электроконтактной обработкой (на примере лемеха плуга): дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03 / А.Н. Шитов. Москва, 2005. 148 с.

89. Щучкин, Н.В. Трение скольжения почвы по металлу и по почве / Н.В. Щучкин // Почвообрабатывающие машины: сб. М.: Машгиз, 1949. Вып. 4.

90. Эллиот, Д.Ф. Термохимия сталеплавильных процессов / Д.Ф. Эллиот, М. Глейзер, В. Рамакришна. М.: Металлургия, 1969. 252 с.

91. Iron-based coatings arc-sprayed with cored wires for applications at elevated temperatures / B. Wielage, H. Pokhmurska, M. Student, V. Gvozdeckii, T. Stupnyckyj, V. Pokhmurskii // Surface & Coatings Technology. 2013. 220. P. 27-35

92. Ramech, K.T. Nanomaterials Mechanics and Mechanisms. Springer Science Business Media, LLC, 2009. 300 p.

93. Ting Du. Thermodynamics of FeYS, FeYO and FeYSO metallic solutions / Ting Du // Journal of the Less Common Metals. 1985. 110 (1-2). P. 179-185.

94. Zdenik A. Thermodynamic Conditions for the Nucleation of Boron Compounds during the cooling of steel / A. Zdenik // Materiali in Tehnologije / Materials and Technology. 2011. 45 (2). P. 111-113.