Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Термоупрочнение как способ увеличения ресурса плужных лемехов (состояние вопроса) 10
1.1 Общие сведения о термоупрочнении 10
1.2 Поверхностная закалка- характеристика 10
1.3 Объемная закалка (закалка на всю глубину) 15
1.3.1 Методы закалки без смены охладителя 16
1.3.2 Методы закалки со сменой охладителя 18
1.4 Объемно-поверхностная закалка 20
1.5 Упрочнение деталей отечественных почвообрабатывающих орудий термообработкой на стадии изготовления 21
1.6 Термическое упрочнение лемехов плужных корпусов зарубежного производства 25
1.7 Применение термоупрочнения при восстановлении лемехов 27
1.7.1 Восстановление лемехов горячим пластическим деформированием с совмещенной термообработкой 28
1.7.2 Способы упрочнения и упрочняющего восстановления лемехов с сопутствующей термообработкой 30
1.7.3 Восстановление лемехов с использованием термоупрочняющей обработки 32
1.8 Особенности, специфика и методы испытаний на изнашивание в
незакрепленном абразиве 34
Выводы по главе 1 38
Цель и задачи исследований 39
Глава 2. Теоретико-аналитическое обоснование технологии восстановления цельнометаллических лемехов методом термоупрочненных компенсирующих элементов 40
2.1 Общие предпосылки к теоретическим исследованиям. Некоторые термины и определения 40
2.2 Оценочные критерии восстановления деталей и их роль
2.3 Алгоритм периодического возобновления ресурса с учетом нарастания количества дефектов 50
2.4 Основания для разработки теоретических положений упрочняющего восстановления лемеха
2.5 Обоснование технологии восстановления лемехов методом термоупрочненных компенсирующих элементов 58
Выводы по главе 2 63
Глава 3. Методика проведения экспериментальных исследований 64
3.1 Общие вопросы методологии проведения экспериментальных исследований и построение работы 64
3.2 Техника проведения лабораторных механических испытаний 67
3.2.1 Общие вопросы определения макротвердости 67
3.2.2 Усовершенствованная техника определения микротвердости после воздействия тепловых полей 68
3.2.3 Изучение микротвердости сварного соединения 72
3.2.4 Методика термической обработки 74
3.2.5 Техника проведения испытаний на абразивное изнашивание 76
3.2.6 Микроструктурный анализ 83
3.3 Технологические варианты восстановления лемехов методом термоупрочненных компенсирующих элементов и их натурные испытания... 84
Выводы по главе 3 88
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований 90
4.1 Сравнительный анализ технологического состояния плужных лемехов отечественного и зарубежного производства 90
4.2 Оценка возможности использования в качестве долот рессорных листов после их выбраковки 93
4.3 Влияние повторной термической обработки (ТО) на твердость предварительно термоупрочненных рессорно-пружинных сталей 102
4.4 Изнашивания повторно термоупрочненной стали в среде с незакрепленным абразивом 106
4.5 Исследование свойств сварного соединения «термоупрочненная сталь технологических воздействий» 111
4.5.1 Общие вопросы проведения эксперимента 111
4.5.2 Анализ полученных данных 112
4.6 Натурные испытания на изнашивание опытных лемехов 121
Выводы по главе 4 127
Глава 5. Реализация результатов исследований и их экономическая эффективность 129
5.1 Технология восстановления и производные технологические варианты... 129
5.1.1 Технологический процесс восстановления 129
5.1.2 Влияние наплавки заглубляющей части на служебные свойства лемеха 133
5.2 Расчет экономической эффективности восстановления (изготовления) плужных лемехов 136
5.3 Оптимизация затрат на энергоресурсы при термической обработке долот 141
Выводы по главе 5 144
Общие выводы 145
Список литературы
- Упрочнение деталей отечественных почвообрабатывающих орудий термообработкой на стадии изготовления
- Основания для разработки теоретических положений упрочняющего восстановления лемеха
- Общие вопросы определения макротвердости
- Исследование свойств сварного соединения «термоупрочненная сталь технологических воздействий»
Введение к работе
Актуальность работы. Высокая интенсивность изнашивания отдельных частей цельнометаллических лемехов, эксплуатируемых на легких почвах (супеси) с высокой изнашивающей способностью существенно ограничивает их ресурс по причине опережающего появления лучевидного износа носка и износа заглубляющей части. При этом суммарная площадь супесей в нечерноземье достигает 30%, а коэффициенты повторяемости износов - лучевидного и заглубляющей части составляют 0,84 и 0,53 соответственно. Известные технологические процессы устранения отмеченных износов, не достаточно эффективны. В связи с этим необходимо провести исследования, направленные на разработку технологии восстановления лемехов, обеспечивающей повышенный послеремонтный ресурс и возможность неоднократной реставрации. Решение этих вопросов лежит в плоскости использования способов, сочетающих восстановление и упрочнение.
В то же время использование способа устранения износов, присущих носовой области, не должно оказывать влияния на агротехнические показатели восстановленных лемехов. При этом следует выдерживать условия, заключающиеся в неоднократном их восстановлении и соблюдении положительной технологической и экономической эффективности.
Большими возможностями в этом плане обладает способ, состоящий в замене предельно изношенной части детали на новую с увеличенной износостойкостью, изготовленную из вторичных материалов. Исследования же по разработке технологий применительно к цельнометаллическим плужным лемехам малочисленны и не носят систематического характера, поэтому работа является актуальной.
Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии материалов, надежности, ремонта машин и оборудования ФГОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет». Исследования проводились в рамках «Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 годы» и направления научно-исследовательских и опытно конструкторских работ «Разработка ре-сурсо- и энергосберегающих технологических процессов производства сельскохозяйственной продукции, технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники» ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
Цель исследования. Повышение долговечности плужных лемехов их восстановлением термоупрочненными компенсирующими элементами.
Задачи исследования:
1. Разработать теоретические положения к обоснованию технологии неодно
кратного восстановления цельнометаллических плужных лемехов использованием
термоупрочненных компенсирующих элементов (ТКЭ);
2. Усовершенствовать технику лабораторных сравнительных испытаний на
изнашивание в нежестко закрепленном абразиве одновременно нескольких образ
цов с различными видами технологических воздействий;
3. Дать оценку служебным свойствам: материалов плужных лемехов ведущих
отечественных и зарубежных компаний и вторичных материалов - листов рессор,
снятых с эксплуатации; сварного соединения «термоупрочненная с различных тем
ператур сталь 65Г - лемешная сталь Л53»;
4. Определить режим повторного термоупрочнения рессорно-пружинных ста
лей, обеспечивающий максимальную износостойкость при минимально возможных
энергетических затратах;
5. Разработать технологический процесс восстановления лемехов и опреде
лить степень его эффективности при неоднократной их реновации путем проведе
ния натурных испытаний.
Объекты исследования:
технология восстановления плужных лемехов применением термоупрочнен-ных компенсирующих элементов;
процесс изнашивания в нежёстко закрепленном абразиве повторно термо-упрочненной стали 65Г в зависимости от температуры термообработки.
Предмет исследования. Оптимизация по износостойкости и ресурсу параметров режима повторного термоупрочнения компенсирующих элементов при восстановлении долотообразной части цельнометаллических лемехов;
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- разработана логическая схема периодического возобновления ресурса леме
хов и получена система неравенств, определяющих условия для возможного коли
чества восстановлений, в основу которой положены критерии технологической
сложности, экономических издержек и механических свойств;
- лабораторно-полевыми испытаниями определены параметры повторного
термического упрочнения рессорно-пружинной стали 65Г, заключающегося в за
калке с температур t = 820 - 840 С, времени нагрева и выдержки 14 мин., обеспе
чивающего максимальную износостойкость и ресурс около 12 га при HRC53 - 54;
- выявлен характер изнашивания в незакрепленном абразиве стали 65Г при её
повторной термообработке с различных температур, который подтвержден испы
таниями в реальных условиях на восстановленных плужных лемехах с использова
нием ТКЭ в зависимости от их твердости.
Достоверность результатов обеспечена: применением известных и собственных методик механических и полевых испытаний; необходимой повторно-стью экспериментов; применением вероятностно - статистических методов оценки полученных результатов; совпадением характера изменений изучаемых показателей механических свойств при проведении лабораторных и полевых испытаний.
Практическая значимость работы. Разработан технологический процесс восстановления плужных лемехов, заключающийся в приваривании встык к остову лемеха повторно термоупрочненного на твердость 53 - 54HRC компенсирующего элемента, изготовленного из выбракованных листов рессор.
Реализация результатов исследований. Технология восстановления цельнометаллических плужных лемехов методом ТКЭ внедрена в СПК «Красный Рог» Почепского района Брянской области. Получен патент на изобретение № 2601211.
На защиту выносится:
теоретико-аналитическое обоснование технологий восстановления лемехов использованием термоупрочненных компенсирующих элементов;
специфика и характер процесса износа повторно термоупрочненных сталей 65Г в среде с незакрепленным абразивом в лабораторных и полевых условиях;
- способ восстановления цельнометаллических лемехов плугов устранением износов носка путем его замены на термоупрочненный компенсирующий элемент, изготовленный из вторичного сырья.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на: Международных научно-практических (технических) конференциях - «Инновационные технологии и технические средства для АПК» (ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, г. Воронеж, 2014 г.); «Научные проблемы технического сервиса сельскохозяйственных машин» (ФГБНУ ГОСНИТИ, г. Москва, 2015 г.); Евразийский конгресс «Фундаментальные основы и практический опыт при проведении сервиса и рециклинга техники» (ФГБНУ ГОСНИТИ, г. Москва, 2016 г.).
Межвузовских и региональных научно технических конференциях: - «Современные проблемы и перспективы развития АПК» (ИрГСХА, г. Иркутск, 2014 г.); «Прогрессивные технологии ремонта и технического обслуживания машин» (конференция студентов и молодых учёных ФГБНУ ГОСНИТИ, г. Москва, 2016 г.); «Вопросы транспорта и смежных отраслей» (Брянский филиал МИИТ, г. Брянск, 2014, 2016 гг.); Научно-практической конференции «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения» (ФГБОУ ВО Брянский ГАУ, г. Брянск, 2014, 2015, 2016 гг.).
Семинаре «Вопросы транспорта» (Брянский филиал МИИТ, г. Брянск, 2014 г.).
Расширенном заседании кафедры технологии материалов, надежности ремонта машин и оборудования ФГОУ ВПО Брянский ГАУ.
Результаты работы экспонировались на 16-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень», (Москва, ВДНХ, 8-11 октября, 2014 г.), награждены бронзовой медалью «За разработку и внедрение в производство инновационной импортозамещающей технологии восстановления рабочих органов почвообрабатывающих машин».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 научных работ, в их числе 10 работ в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент, 7 статей в материалах научных конференций и других изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, общих выводов, списка литературы, включающего 204 наименования. Работа изложена на 166 страницах основного текста, содержит 63 рисунка, 17 таблиц и приложения на 18 страницах.
Упрочнение деталей отечественных почвообрабатывающих орудий термообработкой на стадии изготовления
Закалку газопламенным нагревом используют, когда другие методы неприменимы, например, для крупных изделий [34, 35]. Поверхность детали нагревают газовым пламенем (t = 2400 - 3150 С). Последующее быстрое охлаждение обеспечивает закалку на глубину 2...4 мм с твердостью 50...56 HRC. В тонком поверхностном слое образуется мартенсит, а в нижележащих объемах -троостомартенсит. Простота реализации технологии и отсутствие сложного оборудования обеспечили широкое распространение данного метода в средине 20 века в центральных ремонтных мастерских колхозов и совхозов, а также на ремонтных (специализированных) предприятиях. В настоящее же время газопламенная закалка вытеснена более прогрессивными методами. Недостатками считаются: трудность регулирования температуры нагрева, а следовательно, глубины закаленного слоя; высокая вероятность перегрева; возможность частичного подплавления нагреваемой области; образование участков отпуска при закалке крупногабаритных изделий; трудность автоматизации процесса, и как следствие, низкая производительность [34, 35, 36].
Сущность плазменной термообработки состоит в высокоскоростном нагреве потоком плазмы поверхностного слоя металла и быстрым его охлаждении [24, 37]. На поверхности деталей образуется термоупрочненный слой с HRC 50 - 64 и толщиной до 3,5 мм с наличием мартенсита и зонами отпуска сорбитного типа [38, 39]. Способ обладает высокой производительностью, возможностью плавного регулирования параметров режима процесса закалки и позволяет обрабатывать детали без принудительного охлаждения, за исключением изделий малого размера [40]. Его недостатками являются: 1 - необходимость тщательной зачистки поверхности; 2 - при перекрытии закаленных участков могут образовываться зоны отпуска; 3 - сложность оборудования и реализации процесса; 4 - необходимость обеспечения высокой технологичности при выполнении нагрева. Сколь-нибудь достоверных сведений о его использовании при выполнении восстановительных, связанных с термообработкой работ в известных источниках не обнаружено.
Лазерное термоупрочнение основано на трансформации световой энергии генераторов света оптического диапазона в тепловую [19, 20, 41]. Для поверхностной закалки применяют газовые лазеры непрерывного действия или импульсные твердотельные лазеры [42]. Кратковременное воздействие лазерного излучения (до 10"8 с) вызывает разогрев небольшого объема металла (до 6 - 12 мм в диаметре и 1,5...4,5 мм в глубину), который закаливается вследствие быстрого отвода теплоты в металл. Упрочненный слой имеет мартенситную структуру твердостью до 65HRC с сорбитно - трооститными участками. Способ достаточно производителен и позволяет обрабатывать детали сложной конфигурации. Однако при перекрытии закаленных полос образуются зоны отпуска, негативно сказывающиеся на однородности структуры [43]. Другими недостатками метода являются: плохое поглощение длинноволноволнового света сталями, что приводит к необходимости нанесения дополнительного покрытия, позволяющего увеличить процент поглощенной мощности; низкое КПД и большое потребление энергии, приводящее к значительным эксплуатационным расходам. Применение метода для упрочнения лемехов вряд ли целесообразно вследствие трудностей технологического и экономического плана.
Закалка в электролите основана на физическом явлении, называемом «эффектом катода» [27, 44, 45], связанным с сильным возрастанием сопротивления и нагреванием изделия до температур около 2000 С [46, 47]. Нагрев производится в течение нескольких секунд. Толщина закаленного слоя при этом составляет 2 - 5 мм, твердость - до 54...60 HRC. При реализации способа возникают трудности регулирования процесса нагрева. Детали крупных размеров не поддаются подобной закалке. Необходимо четко поддерживать неизменными состав и температуру электролита, плотность тока, а также продолжительность выдержки изделия [26, 45, 47]. Вышеизложенные недостатки не позволяют рекомендовать процесс для использования на ремонтных предприятиях. Нагрев изделий при закалке в расплавленных металлах или солях [48, 49], осуществляется путем их погружения в расплавы с температурой, на 100 -200 С превышающей температуру закалки. Вследствие перегрева температура поверхностного слоя стали превышает критическую, и при быстром охлаждении на ней образуется мартенсит [50]. Способ применяется при термоупрочнении малонагруженных мелких деталей простой геометрической формы. Указанный недостаток, а также низкая экологичность фактически сводят на «нет» возможности метода в ремонтном производстве [51].
Таким образом поверхностная закалка достаточно эффективный широко распространенный метод повышения твердости поверхностного слоя изделия при сохранении вязкой сердцевины. Описанные методы обеспечивают способность деталей воспринимать ударные нагрузки. Применение этих способов нельзя рекомендовать для деталей, работающих в условиях изнашивания высокой интенсивности ( 200 г/га - супеси и легкие суглинки), ввиду небольшой толщины упрочненной области (0,1...3 мм). (Прежде всего, для лемехов плужных корпусов). Наличие сложного оборудования и высокие технологические требования к процессу сдерживают, а нередко делают нецелесообразным применение поверхностного ТУ в ремонтном производстве.
Основания для разработки теоретических положений упрочняющего восстановления лемеха
Для проведения дальнейшего анализа процесса периодического восстановления необходимо ввести ряд оценочных критериев: первый - технологическая сложность (Ит), второй - экономические издержки (Иэ), третий - потеря свойств материала, оговоренных техническими условиями.
Изменение технологической сложности графически представлено на рисунке 2.2 (кривая 2) и выражается усложнением технологического процесса устранения дефектов по мере их появления в детали. Под усложнением понимается увеличение количества операций; числа технологического оборудования, оснастки и инструмента; необходимость в повышении квалификации ис полнителей. Т. е в процессе возобновления годности детали происходит накопление издержек технологического порядка (рисунок 2.2, кривая 2) т. е. ШТІ = Ни + ИТ2 + Итз... ИТІ (2.12) Однако наступает такое положение, когда технологическая сложность превышает некоторую предельную величину ИТпр (рисунок 2.2, прямая 1) после которой восстановление становится нецелесообразным:
Наряду с рассмотренным вариантом, где возможность восстановления определяется накоплением сложности возможен случай, когда проявляется такой дефект (или некоторое их количество одновременно) устранение которого технологически хотя и возможно, но нецелесообразно в этом случае: Ит ИТпр (2.14) где Ит - технологическая сложность на устранение дефекта или суммы дефектов. Следуя графической схеме оптимальным вариантом будет являться технологический процесс, при котором может устраняться определенная совокупность дефектов без роста технологических издержек (линия 3). В этом случае Итопт = Ип = ИТ2... = ИТІ (2.15) Из этого следует, что необходимо заниматься разработкой и совершенствованием технологий. При этом Итопт должно быть меньше ИТпр: Итопт ИТпр (2.16) Оптимальным вариантом следует считать, когда технологическая сложность остается постоянной в течение всего периода эксплуатации детали ИТІ = ИТопт = const. (2.17) - Экономические издержки, представляют собой отношение цены восстановленной детали (ЦІ) к межремонтному ресурсу (ТІ): 1-131= (2.18)
ИЗІ трактуются как затраты потребителей восстановленных деталей на их приобретение. Т. е. расходы на реализацию технологического процесса ложатся на покупателей. По мере усложнения технологий будет возрастать себестоимость реставрированных деталей и соответственно цена. В связи с этим экономические издержки от восстановления к восстановлению будут возрастать, при условии постоянства межремонтных ресурсов (рисунок 2.3, кривая 2).
Как и в случае с Ит наступает положение, когда экономические издержки превышают предельную величину ИЭпр (рисунок 2.3, прямая 1) после которой восстановление становится экономически нецелесообразным.
В отличие от технологических издержек экономические издержки не могут быть суммированными в связи с тем, что их определение производится после каждого восстановления. Поэтому нецелесообразность восстановления определяется конкретным случаем:
ИЭ1 ИЭпр, (2.19) На представленной схеме (рисунок 2.3) пределом является ИЭопт (прямая 3). По аналогии с технологическим параметром оптимальным вариантом следует считать, когда экономические издержки остаются постоянными за весь период эксплуатации детали ИЭ1 = Иэопт = const. (2.20) При этом оптимальное значение И3І не должно превышать ИЭпр. Из выше приведенного следует, что оптимальным вариантом при восстановлении деталей является применение такой технологии, которая обеспечит постоянные значения Иц и И3І в течении жизненного цикла детали.
В тоже время любой процесс имеет свой предел. В отношении изложенных соображений, направленных на неоднократное восстановление, ограничивающим фактором является необратимая потеря механических свойств деталью. Причинами этого могут быть; неоднократное технологическое воздействие, связанное с циклическими тепловыми нагрузками, явлениям усталости и интенсивностью изнашивания. Любой фактор снижающий качество детали связан с изменением структуры её материала. В качестве оценивающего критерия применяются предел прочности при ударных нагружениях (Од тах) или интенсивность изнашивания (ij) которые определяются условиями эксплуатации.
Влияние динамических воздействий на прочность сварного соединения требуют отдельного рассмотрения.
Так как разрушение лемеха будет происходить по сварному соединению из-за ударных воздействий, поэтому необходимо выполнить условие прочности: Одтах [Од] (2.21) где Од тах - максимально возможные динамические напряжения, МПа; [Од] - допускаемые динамические напряжения, МПа. Установлено, что практически во всех случаях силы динамического воздействия пропорциональны статическим, в связи с чем расчеты на прочность при динамических нагрузках выполняются по методам, разработанным для статических, но с введением соответствующих значений динамических коэффициентов (кд): [Од] = GT / кд , (2.22) где от - предел текучести, МПа.
Величину коэффициента запаса кд, по некоторым данным [7, 8, 15] можно принять равную 2. Однако, ввиду наличия сварного соединения он должен определяться известной формулой: кд =1 + + V g c (2.23) где v - скорость перемещения агрегата (v = 7 км/час = 1,9 м/с); g - ускорение свободного падения 9,8 м/с2; дс -/с max - величина допускаемого прогиба долота 0,15 м. После арифметических вычислений - кд = 2,8. Динамический коэффициент определяемый соотношением максимальной микротвердости зоны термического влияния (Hv800) к максимальной микротвердости шва (Hv300) равен 2,3, что подтверждает расчетный результат (микротвердость определена опытным путем). По справочным данным От стали 65Г равен 785Мпа, тогда [Од] = 785 / 2,8 = 280 Мпа.
Для расчетов принимаем схему когда приваренная носовая часть (долото) (рисунок 2.4 а) представляет собой консольную жестко защемленную пластину на не защемлённый конец которой падает груз весом Q (рисунок 2.4 б) [124].
Общие вопросы определения макротвердости
Использование твердости (Н) как критерия оценки износостойкости при абразивном изнашивании обосновывается их пропорциональной зависимостью в соответствии с работами школы Хрущева М. М. [147] и других исследователей [171]. Хотя в последнее время такое утверждение подвергается серьезной критике [146, 172].
В работе для определения твердости использовался метод Роквелла (ГОСТ 9013-59), измерения проводились алмазным индентором по шкале С (HRC). Выбор этой шкалы основан на двух факторах: первый - упрочняющая термообработка проводилась по всему объему изучаемых объектов; второй -ожидаемые величины твердости могут превышать значение 450НВ, что не допускает применение способа Бринелля [7, 8, 10, 173].
Точность и достоверность результатов обеспечивалась большим количеством наносимых отпечатков и точностью прибора. Использовался твердомер 200HRS-150 с погрешностью измерений 2 %.
В случае измерения Н при сравнительном анализе свойств лемехов отечественного и импортного производства в связи с тем, что использование переносной измерительной техники снижает точность данных, опытные образцы изготавливались путем вырезания из натурных изделий. Для полноты контроля HRC вырезание проводилось из разных мест детали и сопровождалось интенсивным охлаждением во избежание влияния температурных воздействий на показатели твердости. Шероховатость поверхности, на которую наносились отпечатки, соответствовала установленной документацией на испытания. Общее количество измерений на каждом образце составило 8 отпечатков, что обеспечивало высокую достоверность экспериментальных данных.
Обработка данных осуществлялась методами математической статистики с применением компьютерных технологий, например Microsoft Exel. 3.2.2 Усовершенствованная техника определения микротвердости после воздействия тепловых полей
Микротвердость Ну, как известно, позволяет проводить оценку механических свойств металлических тел как в исходном состоянии, так и после различных воздействий на них [174, 175]. Не является исключением в этом плане и изучение свойств термообработанных сталей и сварных соединений с помощью этого метода. В процессе отработки техники измерения изучалась агрегатная микротвердость, исходя из классификации [174, 175].
Любые изменения структуры приводят к изменению свойств и соответственно относительной ошибки (Да), что не всегда благоприятно влияет на рассеивание полученных значений. Особенно это сказывается при термических воздействиях на металл детали - термообработка и сварка. Поэтому для увеличения точности измерений, выражающейся в изменении Аа значений Hv, для сталей, прошедших ТУ (65Г), отожженных (сталь 45) и серого чугуна (СЧ20) проводилась серия экспериментов по определению Hv = f(P) и установлению нагрузок вдавливания, при которых разбросы Hv минимальны.
Контроль Hv выполнялся с помощью прибора ПМТ-ЗМ, оснащенного устройством ФОН-2 для цифровой обработки и определения численного значения Ну.
Известно, что Ну зависит от силы Р [176], однако характер такой зависимости для многих металлов неодинаков и требует проведения дополнительных исследований.
Для каждой нагрузки вдавливания величина Ну подсчитывалась по результатам 60 испытаний согласно критерию Шапиро - Уилка [177].
В результате исследований установлено, что с повышением нагрузки у закаленной стали 65Г и серого чугуна наблюдается рост значений Ну, затем -выравнивание и после этого - некоторое её снижение (рисунок. 3.3). При испытании стали 45 значительных изменений микротвердости с ростом нагрузки не наблюдается (рисунок. 3.3). На основании этих исследований можно сделать заключение, что в спла 69 вах с равновесной, однородной структурой зависимость Hv от Р сравнительно мала (сталь 45 в отожженном состоянии). При испытании же серых чугунов, которые имеют гетерогенное строение, изменение Ну с ростом Р наиболее заметно. Наличие неравновесных структурных составляющих в термоупрочнен-ной стали 65Г обеспечивает рост Hv в диапазоне нагрузок Р = 0,05 - 1,0 Н (рисунок 3.3, кривая 3). Нужно отметить, что единого мнения на характер поведения Hv = f (Р) не существует [174].
Путем построения зависимости V = f (Р) установлен различный характер для сталей и серых чугунов. (Где V - коэффициент вариации, являющейся мерой рассеяния данных [174].)
Опыты показали, что для стали 45 и стали 65Г с увеличением нагрузки коэффициент вариации уменьшается (рисунок 3.4), что говорит о снижении рассеивания полученных результатов.
Наиболее интенсивное снижение разбросов для сталей происходит при относительно небольших нагрузках (0,05...0,50 Н). Отмеченное связано с ростом площади под отпечатком, охваченной пластическим деформированием, приводящей к стабилизации.
Исследование свойств сварного соединения «термоупрочненная сталь технологических воздействий»
Работоспособное состояние отечественных цельнометаллических плужных лемехов при пахоте на супесчаных и суглинистых почвах регламентируется образованием лучевидного износа долотообразной области и затуплением заглубляющей части. Из общего числа снятых с эксплуатации деталей 84% имеют первый дефект и более 30% - второй [124]. Приобретение этих пороков происходит при незначительной наработке до отказа (3 - 7 га), что связано, прежде всего, с высокой изнашивающей способностью почвы и невысокими свойствами по износостойкости материалов таких деталей [192].
Огромное количество лемехов с подобными дефектами (сотни тысяч штук), но сохранивших допустимую ширину остова и следовательно пригодных для восстановления, поставило вопрос об увеличении их долговечности.
Решение задачи лежит в разработке технологий устранения отмеченных износов и обеспечения неоднократного использования лемехов, периодически возобновляя их работоспособность. Практика позволяет утверждать, что восстанавливать лемех можно не менее двух раз. Данный факт подтверждается и теоретическими исследованиями, проведенными в главе 2.
Одним из методов увеличения долговечности является замена предельно износившегося долота на новое путем его приваривания с применением метода термоупрочняющих компенсирующих элементов (ТКЭ) [142, 144, 193].
Такая технология позволяет использовать листы рессор, утративших свою жесткость в процессе эксплуатации, но сохранивших достаточно высокую твердость. Применение метода ТКЭ известно [137, 193], однако изготовление из них долот осуществляется без учета размеров лучевидного износа, остаточной толщины лемеха и не согласовывается с нормативными габаритами рессорных пластин. Между тем диапазон размеров листов по ширине и толщине заставляет обращать внимание на данный фактор.
Поэтому для реализации технологии необходимо определить рациональные параметры геометрии привариваемых элементов, вырезанных из рессорных пластин с учетом размеров лучевидного износа и толщины (таблица 4.1) реставрируемого лемеха. Износ заглубляющей части в этом случае в расчет не берется, так как главенствующую роль играет максимальная ширина «луча» и остаточная толщина изношенной детали.
Таким образом решение задачи сводится к оптимизации подбора листов рессор различных автомобилей и прицепов, исходя из их ширины и толщины в соответствии с максимальной длиной лучевидного износа. Для решения поставленной задачи осуществлялся его микрометраж и проводился анализ размеров листов. Таблица 4.1 - Геометрические характеристики листов рессор различных технических средств Автомобили, прицепы Марка стали Сечение Профиль ТолщинаS, мм Ширина п, мм УАЗ-469, -31512 50ХГА 50ХГА полосовой 7 6 55 55 УАЗ-452, -3962, -2206 50ХГА трапециевидный 6,5 55 ГАЗ-3307, -3308, -3309, -35071 50ХГ 60С2 65Г трапециевидный 7108 65 65 65 ГАЗ-2705, -3221, -3302 «ГАЗель» 50ХГ 50ХГ 60С2 60С2 полосовой 8 11 8 11 75 75 75 75 Прицеп 2ПТС-4 60С2 полосовой 10 65 ЗИЛ-5301 «Бычек» 60С2 60С2 полосовой Т-образный 10 11 12 75 75 60С2 Т-образный ЗИЛ-431410, -ММЗ-555, -441510 60С2 6 0С2 60С2 60С2 трапециевидный 10 810 11 6575 75 63 КАМАЗ-43253, -5511, -54115 60С2 60С2 полосовой Т-образный 10 10 75 60С2ХГ полосовой Т-образный 14 60С2ХГ 60С2ХГ 12 18 90 90 Урал-43206, -5557 60С2А 60С2А полосовой 10 12 90 90 МАЗ-500 60С2 60С2 Т-образный 10 12 90 90 Примечание: серым цветом выделены рессорные листы непригодные для восстановления лемехов. Наряду с этим рассматривались: форма профиля, марка стали, режим термообработки и твердость. Хотя эти параметры как факторы восстановления будут рассмотрены ниже и более детально.
Контроль размеров проводился на 200 лемехах, эксплуатировавшихся во всех районах Брянской области, в результате чего были получены достоверные данные по взносам обобщающего характера. В качестве основного критерия принято расстояние от полевого обреза до линии верхней границы дефекта, измеряемое в плоскости спинки лемеха (l) (рисунок 4.4), так как на этом участке l достигает максимальных значений.
Измерения показали, что около 30% дефектных лемехов имеют лучевидный износ, но сохранили допустимые размеры, установленные техническими условиями и, с этой точки зрения, остаются пригодными к эксплуатации. Это подтверждают результаты, полученные в работе [124]. Лемеха, входящие в данную группу, не могут быть восстановлены методом компенсирующих элементов из-за чрезмерно высокого расстояния от полевого обреза до края луча. Его максимальное значение определяется в 118,6 мм и захватывает крепежное отверстие (рисунок 4.5).
Нельзя обойти вниманием тот факт, что достаточно часто при сохранении размеров носка лучевидный износ сопровождается сквозным протиранием, развитие которого можно объяснить не только объективными причинами, но и грубым нарушением правил использования. Восстановление в этом случае сопряжено с дополнительными трудностями технологического плана.
Микрометраж лемехов по размеру l (рисунок 4.4) для деталей с нарушением геометрии носка, а это 70% от общего числа дефектных, показал, что максимальный размер от кромки луча до полевого обреза составляет 76 мм, тогда как минимальный - 21 мм. Разность между максимальным и минимальным размерами составляет 55 мм.