В настоящее время агропромышленность наращивает объемы производства сельскохозяйственной продукции. При обработке почвы, климатические условия некоторых регионов (дефицит влаги) не позволяют эффективно использовать высокопроизводительные отвальные плуги. Поэтому используют безотвальные почвообрабатывающие агрегаты (культиваторы). Соответственно, лапы культиваторов испытывают повышенный износ из-за труднообрабатываемой почвы (см. рис.1).
Частая смена изношенных лап культиваторов приводит к удорожанию сельскохозяйственной продукции и снижает конкурентноспособность на рынке потребления.
Рисунок 1. Отливка лапы культиватора.
Одним из возможных путей повышения износостойкости лап культиваторов является поверхностное легирование при кристаллизации отливок. В литературе имеются данные по поверхностному легированию отливок Al, Cr, Mn и др., но результаты этих работ противоречивы и до сих пор не нашли применения в производстве [1,2].
В данной работе исследовали структуру и свойства упрочняющих покрытий на основе Ni, Cr, B, Si на стали 35Л. Обмазка с порошковым составом на связующем жидком стекле, клее БФ – 2 и эпоксидной смоле наносилась на внутреннюю рабочую поверхность оболочковой формы. Заливка расплава производилась после предварительной сушки формы. Температура заливки расплава стали составляла 1520 0С – 1560 0С.
Были рассмотрены основные факторы, наиболее существенно влияющие на микротвердость стали: состояние исследуемого образца (микротвердость легированного слоя образцов стали исследовались в литом, нормализованном и закаленном состояниях), глубина слоя, вид связующего материала. Число повторных экспериментов n=10.
Наилучшие результаты получены при использовании в качестве связующего эпоксидной смолы. Глубина слоя достигает 1,5 – 3 мм. Покрытие прочно сцеплено с основой, плотное без пор и раковин. Структура покрытия имеет дендритное строение и состоит из эвтектики с участием кремния, бора, никеля и зерен твердого раствора на основе никеля, легированного хромом, и др.
Микротвердость слоя после нормализации с 900 0С превышает твердость стали в литом состоянии. Это объясняется уменьшением величины зерна и большей легированностью твердого раствора на основе аустенита. После закалки микротвердость, наоборот уменьшается, за счет устранения выделения избыточных фаз на основе эвтектических боридов и карбидов при быстром охлаждении.
Рисунок 2. Распределение микротвердости по толщине покрытия в зависимости от способа термической обработки: ряд 1 – после нормализации, ряд 2 – в литом состоянии, ряд 3 – после закалки
Во всех случаях происходит увеличение твердости в зоне, граничащей с основным металлом, в результате процесса взаимодействия с железом и углеродом и образования боридов железа и карбидов высокой твердости (см. рис.2).
Химическая неоднородность, образующаяся при кристаллизации, носит различные формы. Ее морфология и степень развития связаны с составом сплава и условиями кристаллизации. Химическую неоднородность, связанную дендритной формой кристаллизации сплава, называют дендритной ликвацией [1]. Ликвация при кристаллизации обусловлена следующими особенностями кристаллизации сплавов. Во-первых, при данной температуре существует различная предельная концентрация компонентов, необходимая для начала фазовых превращений кристалл — жидкость и жидкость — кристалл. Во-вторых, скорости диффузии каждого из компонентов сплава в твердой и жидкой фазах при одной и той же температуре конечны и существенно различны по своим значениям [3-6].
Необходимо также принять во внимание химическое взаимодействие, которое может проявляться уже в жидком состоянии. Таким образом, при изучении развития кристаллизационной неоднородности необходимо учитывать особенности жидкого состояния металлических сплавов, начальных процессов кристаллизации, диффузионного выравнивания составов жидкости и кристалла и конечных стадий затвердевания; к числу особенностей процессов конца затвердевания нужно отнести неизбежное влияние формы роста кристаллов, достигших к тому времени макроскопических размеров.
В связи с этим, была исследована возможность упрочнения поверхности мало- и среднеуглеродистых сталей при кристаллизации отливки. При этом использовали технологию литья по газифицируемым моделям(ЛГМ). В качестве обмазки использовали самофлюсующуюся присадку, где в качестве легирующих элементов были использованы мелкодисперсные порошки Ni, Cr, B, Si. В качестве связующего — антипригарная краска.
Металлографический анализ показал, что на поверхности получены микролегированные слои, толщиной от 50 до 600 мкм.
Полученные результаты показывают о перспективности подобного решения проблемы. Значения микротвердости позволяют качественно оценить повышение износостойкости. В этом направлении предстоят еще много работы, как теоретического, так и прикладного характера.
Выводы:
- Микролегирование в процессе кристаллизации отливок значительно повышает твердость поверхностного слоя.
- Износостойкость лап культиваторов повышается от 3 до 7 раза, в зависимости от состава почвы (см. рис.3 и 4).
Список литературы
- Горшков А.А., Рабинович Е.Н. Поверхностное легирование стальных отливок. Машгиз, 1950 г.
- Тавадзе Ф.И., Николаев О.Б. Петриашвили Б.Н. «Литейное производство», №1, 1964 г.
- Аганаев Ю.П., Гурьев А.М., Лыгденов Б.Д., Бутуханов В.А. Формирование структуры металлов и сплавов в условиях энергетической неоднородности поверхности раздела фаз при периодической кристаллизации. Современные наукоемкие технологии. 2014. № 9. С. 6-10.
- Аганаев Ю.П., Гурьев А.М., Лыгденов Б.Д., Бутуханов В.А. Трансформация потенциала Гиббса применительно к анализу фазовых превращений в конечных объемах металла. Письма о материалах. 2014. Т. 4. № 3 (15). С. 145-148.
- Бураев М.К., Лыгденов Б.Д., Рогов В.Е., Иванов М.С. Проблемы регионального агротехнического сервиса Вестник ВСГУТУ. 2012. № 4 (39). — 34-37 с.
- Лыгденов Б.Д., Фильчаков Д.С., Долгоров А.А., Гурьев М.А. Исследование поверностного микролегирования стали сплавом Ni-Cr-B-Si в процессе кристаллизации отливок. Ползуновский альманах. 2008. № 3. 45-46 с.[schema type=»book» name=»УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ » description=»Рассматривается применение методов поверхностного легирования стальных отливок на этапе специальной подготовки полости литейной формы путем обмазки многокомпонентным составом перед заливкой расплавленным низкоуглеродистым сплавом с целью исследования изменений механических свойств поверхности после реакции взаимодействия компонентов обмазки со сплавом основы и определения рациональных путей по улучшению методов поверхностного легирования.» author=»Лыгденов Бурьял Дондокович, Фильчаков Дмитрий Сергеевич » publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-27″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]