ПРОГРЕСИВНА ТЕХНОЛОГІЯ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ РОБОЧИХ ОРГАНІВ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ МАШИН

Браташевський О.Ю., Польотов В.А. Полякова А.Г., Горбачова Л.В.

Харківський Національний технічний університет сільського господарства (Україна)

У процесі експлуатації сільськогосподарських машин найбільш складному зношуванню піддаються різальні елементи. Це вимагає частого їх замінювання, що призводить до дуже низької працездатності. Підвищення працездатності різальних елементів можливо у три способи: удосконаленням конструкції машин; застосуванням нових, більш зносостійких матеріалів; розробленням прогресивних технологій термічної обробки. Працездатність робочих органів сільськогосподарських машин визначається, по-перше, їх стійкістю проти поломок, яка забезпечується необхідним рівнем механічних властивостей сталі, і по-друге, їх зносостійкістю. Передові фірми робочі органи сільськогосподарських машин виготовляють з якісних легованих сталей із застосуванням термічної обробки. Виходячи з аналізу мікроструктури сталі та фізико-механічних властивостей кращих різальних елементів машин, встановлено, що найвищу працездатність мають різальні елементи, які піддаються об'ємній термічній обробці – гартуванню з відпусканням на 40-46НRС. Слід відзначити, що до складу сталі цих різальних елементів входить коштовний молібден, який покращує фізико-механічні властивості сталі, включно із зносостійкістю, але й водночас підвищує вартість сталі або використовуються сталі марок 45 і 65Г з наступною термічною обробкою [1,2]. Найбільш раціональним способом підвищення зносостійкості є поєднання легування сталі з її термічною обробкою, яку можна поділяти на поверхневу та об’ємну. Згідно з даними ряду дослідників, термообробка з використанням СВЧ передньої грані різального елемента також, як і наплавка, не є достатньо ефективним способом підвищення зносостійкості внаслідок інтенсивного зношування не зміцненої задньої грані різального елемента та низького опору крихкому руйнуванню його передньої частини. Більш ефективним способом підвищення експлуатаційної стійкості різальних елементів є зміцнення об'ємне або з нагріву СВЧ по контуру елемента, при цьому переважає об'ємне зміцнення з використанням ізотермічного гартування. Термічна обробка різальних елементів сільськогосподарських машин повинна бути спрямована на отримання в сталі метастабільної фази (наприклад, пересичений α-твердий розчин) з рівномірним розподілом в ній дисперсних карбідних включень. Термооброблена сталь з такою структурою має найбільшу зносостійкість. В зв'язку з цим, в плані підвищення зносостійкості сприятливою є мартенситна структура після відпускання сталі при 200-300°С, а також бейнітна структура, отримана в результаті ізотермічного гартування сталі. При цьому слід відзначити, що у випадку відпускання загартованої сталі при температурах, нижчих за 200°С, зношування сталі відбувається в крихкій області руйнування, а після відпускання при температурах вищих за 200 °С – у в'язкій області.

Таким чином, для підвищення стійкості різальних елементів землерийних, машин необхідно підібрати хімічний склад сталі певної якості і розробити технологію термічної обробки, яка б забезпечила отримання в цій сталі дрібнозернистої метастабільної структури з дисперсними карбідними включеннями та необхідний рівень механічних властивостей.

Метою даної роботи було розроблення прогресивної технології термічної обробки лап культиваторів і лемешів плугів.

Матеріалом дослідження була сталь 36Г2СР із зносостійкою домішкою бору. За допомогою методу пробних гартувань у досліджуваної сталі визначали температури критичних точок. На підставі температур Ас₁ та Ас₃ вибирали температуру нагрівання 840-850°С.

Для вибору режимів відпускання визначили залежності твердості та зносостійкості від температури нагрівання сталі в субкритичному інтервалі. Випробування сталі на знос в лабораторних умовах (в умовах тільки абразивного зносу) показали, що при абразивному зносі критерієм зносостійкості є твердість матеріалу; залежність зносостійкості та твердості сталі від температури відпускання має однаковий характер. Однак таке ствердження не може бути застосовано у випадку, коли поряд з абразивним зносом має місце інший вид зносу. Так, при підвищенні температури відпускання від 200 до 500°С твердість сталі знижується монотонне, а знос спочатку практично не змінюється (в інтервалі 200-300°С), а потім спостерігається різке його збільшення (в інтервалі 300-400°С), яке суттєво сповільнюється в інтервалі 400-500°С. Крім цього, сталі, які відпустили при 200°С, піддавали додатковому відпусканню при 300, 400 і 500°С. Додаткове відпускання призвело до більш однорідного розподілу карбідів у структурі сталі та сприяло процесу сфероідізації цих карбідів. В результаті цього при температурах середнього та високого додаткового відпускання значно знизився знос сталі.

В таблиці наведено результати випробовувань на абразивну зносостійкість досліджуваних сталей в порівнянні зі сталями зарубіжних фірм.

Таблиця. Результати випробовувань сталей на абразивну зносостійкість

Марка сталі; фірма; країна-виробник	Стан сталі	Твердість НВ	Зносостійкість, хв/г хв/мм^3
Кремніємарганцева сталь з бором, 0,2% вуглецю (дослідна)	Гартування від 900°С + відпускання 200°С	373	7,9
Кремніємарганцева сталь з бором, 0,3% вуглецю (дослідна)	Гартування від 900°С + відпускання 200°С	374	3,3
Кремніємарганцева сталь з бором, 0,4% вуглецю (дослідна)	Гартування від °С + відпускання 200°С	627	18,8
Сталь 30ХГ2, Германія	Термооброблена	280	4,7
Сталь 36Г2, Германія	Термооброблена	218	6,0
Сталь ЗЗХС2, Японія	Термооброблена	367	5,0
Сталь ЗЗХС2М, Японія	Термооброблена	321	11,5
Сталь 28Г, США	Термооброблена	504	6,8
Сталь 37ГМ США	Термооброблена	380	13,4

Результати досліджень показали, що суттєва різниця у зносостійкості об’ємно – та поверхнево – загартованої сталі відсутня, хоча при збільшенні товщини виробу більшу зносостійкість має об’ємно-загартована сталь. Це підтвердили натурні випробування. Вплив відпускання на зносостійкість різальних елементів був таким: сталь, що піддавалась подвійному відпусканню, у 2-3 рази більш зносостійка, ніж сталь після одинарного відпускання, хоча механічні властивості цих сталей однакові. Причому, це в однаковому ступені підтвердили як стендові, так і натурні випробування.

Висновки

1. Об’ємне гартування з низьким подвійним відпусканням дозволяє підвищити працездатність різальних елементів у декілька разів і при цьому зекономити метал на 30-40%.

2. Вплив кратності відпускання на зносостійкість різальних елементів проявляється тільки після об’ємного гартування, тоді як у сталі, підданій поверхневому гартуванню (СВЧ), такого впливу не зафіксовано.

Список літератури

1. Браташевський О. Ю., Полякова А. Г., Горбачова Л. В., Польотов В. А. Прогресивна технологія термічної обробки різальних елементів сільськогосподарських машин. Труды 5-й Международной научно-технической конференции, Харьков: ХНПК «ФЭД», 2002 – с. 427.

2. Браташевський О. Ю., Полякова А. Г., Горбачова Л. В., Польотов В. А., Каплуновський В. О. Термічна обробка різальних елементів землерийних машин. Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства, вип. 26, Харків: 2004 – с. 305-308.